Siitä tulee räjähdys: Tulevat laserit voivat jäljitellä avaruusräjähdyksiä maan päällä

Gammasäteilyn purske

Tässä kuvassa suihkun tuottaa epätavallisen kirkas gammasäteily. Tutkijat ajattelevat, että seuraavan sukupolven laserlaitteet pystyvät luomaan perusfysiikan näiden gammasäteilyn ytimessä. (Kuva: NASA/Swift/Cruz deWilde)



Gammasäteilyä-räjähdyksiä, jotka kestävät enintään muutaman minuutin, mutta jotka vapauttavat enemmän energiaa kuin aurinko elinaikanaan-saattaa tulla Maahan maailman tehokkaimpien laserien kautta.

Gammasäteilyn syntymisen uudelleen luominen (mittakaavassa, joka ei räjäytä laboratoriota) ei ole mahdollista nykytekniikalla, mutta ryhmä tutkijoita sanoo, että uusilla laserlaitteilla, jotka tulevat verkkoon lähivuosina, on tämä ominaisuus . Nämä tilat voisivat muodostaa hiukkaspalkkia, jotka törmäyksessä loisivat suuren energian gammasäteitä samalla prosessilla, joka tapahtuu tähtien räjähdyksissä, mustien aukkojen sulautumisissa ja muissa äärimmäisissä ympäristöissä.

`` Nämä ovat joitain maailmankaikkeuden energisimpiä tapahtumia, joten haluaisimme ymmärtää, mitä siellä oikein tapahtuu '', sanoo Frederico Fiuza, SLAC National Accelerator Laboratoryn henkilökuntatieteilijä ja yksi uuden tutkimuksen johtavista kirjoittajista. [10 suurinta gammasäteilyä avaruudessa]



Gammasäteily voi kestää muutaman millisekunnin tai muutaman minuutin, mutta tuona aikana ne säteilevät uskomattomia energiapurskeita, jotka voidaan nähdä koko maailmankaikkeudessa. 10 sekunnin gammasädepurske säteilee enemmän energiaa kuin aurinko 10 miljardin vuoden aikana.

`` Gammasäteilyyn liittyvä energia ei ole jotain, mitä voit luoda laboratoriossa '', Fiuza sanoi. 'Mutta gammasäteilyn sisäinen perusfysiikka on jotain, mitä voit tutkia laboratoriossa, jos luot oikeat olosuhteet.'

The gammasäteilyn syy jää mysteeriksi. Toistaiseksi todisteet viittaavat energisiin tapahtumiin, kuten mustien aukkojen sulautumiseen, törmääviin neutronitähtiin (romahtaneet tähdet, joiden tiheys on uskomattoman suuri) tai supernoviin.



Fiuza sanoi, että gammasäteily ei ole vain tulisia räjähdyksiä. Suurin osa maailmankaikkeuden valosta syntyy prosesseilla, joihin liittyy lämpöä, kuten tähden palava moottori. Mutta gammasäteilypurskeet näyttävät syntyvän ei-termisen prosessin kautta, mikä on erittäin harvinaista.

Gamma -säteilyn purske (kirkas piste ympyrässä oikealla) otettiin Fermi -gammasäde -teleskoopilla

Gamma -säteilyn purske (kirkas piste ympyrässä oikealla) kaapattiin Fermi Gammasäde -teleskoopin LAT -laitteella. Vasen: taivas kolmen tunnin välein ennen GRB 130427A: ta. Oikealla: 3 tunnin kartta, joka päättyy 30 minuuttia purskeen jälkeen. Tutkijat saattavat pian pystyä käyttämään laboratoriolaserlaitteita näiden kosmisen räjähdysten taustalla olevan perusfysiikan tutkimiseen.(Kuva: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)



Fiuza ja kollegat sanovat Physical Review Letters -lehdessä julkaistussa uudessa artikkelissaan, että seuraavan sukupolven laserlaitteet voivat luoda tiheitä hiukkassuihkuja, jotka voisivat törmätä iskuaaltoihin. Tutkijat ajattelevat uskomattoman energisten gammasäteiden puhkeavan noista iskuaalloista.

'Tässä on mysteeri, miten nämä [hiukkassuuttimet] muuttavat energiansa korkean energian ei-lämpösäteilyksi?' Fiuza sanoi. -Tiedämme, että nämä suihkut ovat muodostuneet, ja tiedämme, että niistä säteilee kirkkaita, lyhyitä gammasäteitä. Mikä yhdistää heidät? '

Aine ja valo

Hui Chen, Lawrence Livermore National Laboratoryn fyysikko ja Fiuzan uuden kirjan pääkirjailija, luo jo näitä hiukkassuihkuja laboratoriossa. Käyttämällä joitain maailman tehokkaimmat laserit , hän ja hänen kollegansa ampuivat kohdennettuja valonsäteitä kultakalvoarkille. Laservalon vuorovaikutus kulta -atomien kanssa tuottaa ainutlaatuisia hiukkaspareja: yhden ainehiukkasen (elektronin) ja yhden antimateriaalihiukkasen (positronin).

Viisi vuotta sitten Chen ja hänen kollegansa tekivät ennätyksen laboratoriossa tuotetusta antiaineesta. Käyttämällä kolmea maailmanluokan laserlaitetta he ovat nyt rikkoneet oman ennätyksensä lähes kahdella suuruusluokalla.

Gamma-säteilyolosuhteiden luomiseksi uudelleen laboratoriossa aineiden/antiaineparien määrän on oltava uskomattoman suuri. Chen ja Fiuza sanoivat, että nykyiset laserlaitteet eivät pysty tuottamaan sitä määrää pareja, joita tarvitaan gammasäteilyn fysiikan tutkimiseen. Mutta uusi tutkimus on ensimmäinen, joka osoittaa, kuinka paljon antiaineita voidaan tuottaa laserin energian perusteella. Tutkijat päättelevät, että lähivuosina verkkoon tulevat laitteet, kuten National Ignition Facility's Advanced Radiography Capability (ARC), pystyvät tuomaan gammasäteitä laboratorioon.

'Mielestäni tämä paperi teki tiekartan, jossa sanotaan, että kyllä, jos meillä on tämä ehto, pystymme tekemään mini-gammasäteilykokeen laboratoriossa', Chen sanoi.

'Minusta se on vain kiehtovaa, koska yritämme tehdä laservaloa aineen ja antiaineen valmistamiseksi', Chen sanoi. Hän toteaa, että laboratoriossa tämä energiansiirto on 'valtava vaiva', mutta avaruudessa se näyttää tapahtuvan helposti. Luonnossa, joka johtaa gammasäteilyn syntymiseen, on olemassa useita prosesseja, jotka siirtävät tai muuttavat energiaa fotoneista aineeseen ja päinvastoin helposti maan päällä oleville tutkijoille kadehdittavalla tavalla. Se oli Einsteinin kuuluisa yhtälö E = mc2joka osoitti, että energia ja massa liittyvät toisiinsa.

'Kun näemme nämä prosessit [avaruudessa], arvostamme, kuinka nerokas tuo yhtälö on', Chen sanoi.

Seuraa Calla Cofieldia @callacofield .Seuraa meitä @Spacedotcom , Facebook ja Google+ . Alkuperäinen artikkeli aiheesta demokratija.eu .