光如何变成物质？布雷特-惠勒过程首次直接观测成功

光如何变成物质？布雷特-惠勒过程首次直接观测成功

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来源

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https://new.qq.com/rain/a/20240208A03EAA00

2.

http://scicn.casad.cas.cn/wz/202411/t20241127_5040607.html

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https://new.qq.com/rain/a/20241127A09SNS00

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https://baike.baidu.com/item/%E8%AB%BE%E8%B2%9D%E7%88%BE%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%B8%E7%8D%8E/211390

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https://www.huanqiukexue.com/?p=1650

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https://kyb.ustc.edu.cn/2024/0826/c6076a651582/page.htm

2024年，美国布鲁克海文国家实验室传来一个令人振奋的消息：科学家们首次直接观测到了布雷特-惠勒过程——即两个光子碰撞产生正负电子对的现象。这一突破性进展不仅验证了爱因斯坦的质能方程，也让我们离科幻小说中"光变物质"的梦想更近了一步。

时间回溯到1934年，美国物理学家格雷戈里·布雷特和约翰·惠勒提出了一个惊人的理论：两个高能光子在真空中碰撞，可以产生一个电子和一个正电子。这个过程被称为布雷特-惠勒过程，是能量转化为物质的最简单机制，直接体现了爱因斯坦著名的质能方程E=mc²。

然而，这一过程的直接观测极具挑战性。因为要让两个光子发生碰撞并产生足够的能量来创造物质，需要极高的能量和精确的实验条件。在自然界中，这种过程可能只在极端环境如黑洞附近才能发生。

尽管直接观测布雷特-惠勒过程非常困难，但科学家们从未放弃。1997年，斯坦福线性加速器中心通过高能电子与激光脉冲的碰撞，间接观测到了多光子布赖特-惠勒现象，但这并非纯粹的光子-光子碰撞。

突破性的进展出现在2014年，伦敦帝国理工学院的研究团队提出了一种更直接的实验方案。他们计划使用超强激光将电子加速至接近光速，撞击金板后产生高能光子，再将这些光子导入微型金腔内发生碰撞。这一方案通过计算机模拟得到了验证，为后续实验提供了蓝图。

2024年，布鲁克海文国家实验室的科学家们利用相对论重离子对撞机（RHIC），终于直接观测到了布雷特-惠勒过程。他们将两束金原子核加速到接近光速（99.995%）并使其对撞，在极端条件下成功产生了正负电子对。

这一发现的重要性不言而喻。它不仅验证了布雷特-惠勒过程的存在，也为研究宇宙中最极端的物理条件提供了新的途径。例如，这一过程可能在黑洞吸积盘和伽马射线暴等极端天体物理现象中扮演重要角色。

布雷特-惠勒过程的成功观测，不仅是基础物理学的重大突破，也可能为未来的技术发展开辟新路径。例如，它可能为新型粒子加速器的设计提供灵感，甚至为未来的能源技术带来启发。

正如帝国理工学院的物理学家斯图尔特·马特林所说："这不仅仅是对一个世纪前理论的验证，更是对自然界基本规律的深刻洞察。"

虽然我们距离将光直接转化为可用物质还有很长的路要走，但布雷特-惠勒过程的直接观测无疑是一个重要的里程碑。它让我们得以一窥宇宙最基本的构建法则，也激励着我们继续探索这个充满奇迹的宇宙。