Wie Materie aus Licht entstehen könnte

19. Mai 2014, 18:25
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Zwei Physiker behaupteten vor genau 80 Jahren, dass aus der Kollision von Photonen Materieteilchen entstehen könnten. Genau das könnte demnächst gelingen.

London - Theoretisch beschrieben wurde der Prozess bereits vor genau 80 Jahren: Die beiden Physiker Gregory Breit und John Wheeler behaupteten 1934, dass aus Licht Materie entstehen kann: Die Kollision zweier Photonen würde theoretisch ausreichen, um ein Elektron und ein Positron zu erzeugen - mithin Materieteilchen.

illu: eso/a. roquette

Zwar gehört die sogenannte Breit-Wheeler-Theorie zu den sieben grundlegenden theoretischen Vorhersagen der Quantenelektrodynamik (QED). Ein experimenteller Beweis dafür steht nach wie vor aus. Doch laut einer Studie, die im Fachblatt "Nature Photonics" veröffentlicht wurde, könnte das demnächst gelingen.

"Obwohl alle Physiker Breit und Wheelers Theorie als wahr akzeptierten, erwarteten sie nicht, dass sie jemals im Labor bewiesen werden könnte", schreiben Oliver Pike (Imperial College London) und Kollegen. Als das Hauptproblem galten die hohen Photonendichten, die dafür nötig wären. Pike und seine Kollegen haben es - zumindest auf dem Papier - überwunden.

Im Wesentlichen besteht das vorgeschlagene Experiment darin, zunächst einen extrem energiereichen Elektronenstrahl zu erzeugen, der auf ein Stück massives Gold geschossen wird. Dabei entsteht extrem energiereiche Gammastrahlung. Für den zweiten Schritt des Experiments benötigt man einen sogenannten Vakuum-Hohlraum, in dem ein ebenfalls von Photonen erfülltes Strahlungsfeld erzeugt wird. In dieses Feld wird nun der energiereiche Photonenstrahl aus dem ersten Schritt gerichtet.

grafik: nature

Dadurch kollidieren die Photonen des Strahls und des Feldes, Paare von Elektronen und Positronen entstehen, die mit Detektoren nachgewiesen werden können. Die Technologie für das Experiment sei vorhanden, so Pike. "Das Rennen ist hiermit eröffnet!" (red, DER STANDARD, 20.5.2014)

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