由大阪大学和加利福尼亚大学圣迭戈分校研究人员领导的研究小组模拟了仅通过光粒子碰撞产生物质的过程。他们的方法规避了现代激光器的强度限制，并能利用现有技术轻松实现。8月9日，这项工作发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
“Positron Generation and Acceleration in a Self-Organized Photon Collider Enabled by an Ultraintense Laser Pulse”
这一成果可能有助于通过实验检验粒子物理学标准模型等长期存在的理论，并可能需要对其进行修订。
量子物理学最惊人的预言之一是物质可以完全由光（即光子）产生，事实上，被称为脉冲星的天体就实现了这一壮举。以这种方式直接生成物质还没有在实验室中实现过，但这将有助于进一步检验基础量子物理学理论和宇宙的基本构成。
理论上，光子-光子碰撞是宇宙中产生物质的基本方式，它源于爱因斯坦著名的方程 E=mc2。事实上，研究人员已经间接地从光中产生了物质：通过高速加速金等金属离子相互碰撞。在如此高的速度下，每个离子都被光子包围，当相互擦过时，就会产生物质和反物质。然而，在现代实验室中，仅利用激光产生物质是一项挑战，因为需要使用极高功率的激光器。模拟如何在实验室中实现这一壮举可能会带来实验上的突破，因此这正是研究人员的目标。在这项实验中，团队发现了一种简单的机制，在这种机制下，近临界等离子体在实验强度的激光照射下可以自组织产生正电子，并将其加速到超相对论能量。“我们的模拟证明，当与激光器的强电磁场相互作用时，致密等离子体可以自组织形成光子-光子对撞机，”该研究的第一作者Sugimoto博士解释说：“这个对撞机包含密集的伽马射线群，其密度是等离子体中电子密度的十倍，其能量是激光中光子能量的一百万倍。”对撞机中的光子-光子碰撞会产生电子-正电子对，激光产生的等离子体电场会加速正电子——这就产生了正电子束。“这是首次模拟在相对论条件下从线性Breit-Wheeler过程中加速正电子，”加州大学圣地亚哥分校的合著者阿雷菲耶夫教授说：“我们认为我们的建议在实验上是可行的，我们期待着在现实世界中付诸实施。”
由在等离子体中传播的强激光脉冲驱动的自组织光子对撞机的图像。
由强激光脉冲驱动的自组织光子对撞机（a）等离子体密度；（b）磁通道；（c）发射光子的角度分布。
支持这项工作的美国国家科学基金会项目主任Vyacheslav Lukin博士说：“这项研究展示了在实验室环境中探索宇宙奥秘的潜在途径。今天和未来的高功率激光设施的未来可能性变得更加引人入胜。”这项工作在《星际迷航》中虚构的物质-能量转换技术中的应用仍然只是虚构。不过，这项工作有可能有助于通过实验证实宇宙构成理论，甚至可能有助于发现以前未知的物理学。参考链接：
[1]https://phys.org/news/2023-08-simulating-creation-photonphoton-collisions.html
[2]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.065102
[3]https://www.azoquantum.com/News.aspx?newsID=9729
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