FÍSICA

Cómo crear materia a partir de luz

En 1934 los físicos Gregory Breit y John A. Wheeler demostraron que teóricamente sería posible convertir luz en materia haciendo chocar solamente dos partículas de luz. Un grupo de investigadores propone una forma de demostrarlo. 

Un pequeño recipiente de oro llamado hohlraum
Un pequeño recipiente de oro llamado hohlraum Wikimedia Commons

Todos estamos familiarizados con el aspecto de la que, probablemente, sea la fórmula científica más famosa de todos los tiempos: E = mc2. Propuesta por Einstein en 1905 establece la equivalencia entre masa y energía. Su validez fue demostrada de la forma más concluyente con la detonación de la primera bomba atómica en la que cantidades modestas de materia se transformaban en cantidades enormes de energía, efecto que en la fórmula proporciona el multiplicar por la velocidad de la luz al cuadrado.

Pero si masa y energía son equivalentes, ¿por qué no se puede obtener materia a partir de luz, por ejemplo? La respuesta es ¿quién ha dicho que no se puede? En 1934 los físicos Gregory Breit y John A. Wheeler demostraron que teóricamente sería posible convertir luz en materia haciendo chocar solamente dos partículas de luz, dos fotones, y crear de esa manera un electrón y su antipartícula, un positrón.

La aceptación de la propuesta de Breit y Wheeler es unánime entre la comunidad científica porque cuadra perfectamente con una teoría ampliamente comprobada como es la electrodinámica cuántica. Sin embargo, no se ha comprobado experimentalmente y los autores originales no pensaban que pudiese llevarse a cabo alguna vez.

Pero, ahora, un grupo de investigadores encabezados por Oliver Pike, del Imperial College de Londres, ha encontrado una forma de llevar a cabo el experimento con la tecnología existente actualmente. Publican su idea en Nature Photonics.

Los autores de la propuesta no pensaban que pudiese llevarse a cabo.

Por si algún lector se anima a hacerlo el experimento para colisionar dos fotones que proponen Pike et al. consta de los siguientes pasos:

Primero se usa un láser de alta intensidad para acelerar los electrones casi a la velocidad de la luz. Este haz de electrones relativistas se dirige a una lámina de oro con objeto de crear un haz de fotones mil millones de veces más energéticos que la luz visible.

La siguiente etapa del experimento implica usar un pequeño recipiente, también de oro, llamado hohlraum (una palabra alemana que se puede traducir por cavidad o espacio vacío) que se usa en las investigaciones en fusión nuclear. Se dispara un láser de alta energía a la cara interna de este hohlraum para calentarlo o, más técnicamente, para crear un campo de radiación térmica, lo que genera una luz similar a la que emiten las estrellas.

Sería la pieza que faltaba del rompecabezas que describe como la luz y la materia interactúan.

Entonces se hace pasar los fotones energéticos de la primera etapa por el hueco central de la hohlraum, lo que hace que los fotones de ambas fuentes colisionen y formen electrones y positrones. Cuando electrones y positrones salgan del hohlraum se pueden detectar sin problema.

Como decíamos más arriba la tecnología necesaria existe, pero no en cualquier parte. La necesidad de usar láseres muy potentes limita el número de lugares donde puede hacerse el experimento. Entre ellos estaría el láser Omega de Rochester (Nueva York, Estados Unidos) o el Orion en Aldermaston (Reino Unido).

En cualquier caso los investigadores esperan que alguien realice el experimento antes de un año (decimos “alguien” porque Pike et al. son teóricos). La demostración experimental de la teoría de Breit-Wheeler sería la pieza que faltaba del rompecabezas que describe como la luz y la materia interactúan.

Referencias: Pike OJ et al. (2014) A photon–photon collider in a vacuum hohlraum. Nature Photonics doi: 10.1038/nphoton.2014.95 |. G. Breit and John A. Wheeler (1934) Collision of Two Light Quanta Physical Review doi: 10.1103/PhysRev.46.1087 | Wilson, G.  Scientists discover how to turn light into matter after 80-year questImperial College 19/05/2014 | Sample, I.  Matter will be created from light within a year, claim scientistsThe Guardian 18/05/2014

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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