Das Material des Vakuum


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Die Laserintensität wird Schwall Vakuum Materie Michel Alberganti

Stichwort: Energie, leer, materielle Schöpfung, Partikel, Antimaterie

Die Biographie der Gleichung E = mc 2 ist bei weitem nicht vollständig. Laremarquable Darstellung in der Dokumentation Fiktion gegeben ausgestrahlt von Arte am Sonntag Oktober 16 (Eine Biographie der Gleichung E = mc2, Gary Johnstone) könnte schon bald ein spannendes neues Kapitel erfahren. In Applied Optics Laboratory (LOA), gemeinsam mit der National School of Advanced Technologies (Ensta) an der Ecole Polytechnique und CNRS, Palaiseau (Essonne), nähert sich Gérard Mourou, wenn er weiter bringen wird der Materie aus dem Nichts ...

"Leere ist die Mutter aller Dinge", sagt er mit einem gewissen Jubel. Im perfekten Zustand "enthält es eine riesige Menge an Partikeln pro cm3 ... und ebenso viele Antiteilchen". Daher eine Nullsumme, die zu dieser scheinbaren Abwesenheit von Materie führt, die wir ... Leere nennen. Welche Herausforderung stellt die Wörterbuchdefinition dar, für die seit dem 14. Jahrhundert ein "Raum ist, der nicht von Materie besetzt ist". Es war ohne Antimaterie und ohne die berühmte Formel E = mc² zu zählen, die Albert Einstein vor hundert Jahren aus der speziellen Relativitätstheorie in 1905 herleitete.

Warum diese Formel umkehren, indem sie Materie aus der Leere produziert? Für Gérard Mourou reichen die Anwendungen von der Schaffung einer neuen relativistischen Mikroelektronik über die Erforschung des Urknalls bis hin zur Möglichkeit, schwarze Löcher zu simulieren. Was er als "extremes Licht" bezeichnet, ermöglicht die Entwicklung einer Protonentherapie, die Tumore angreifen kann, ohne die umgebenden Zellen zu schädigen, eine "nukleare Pharmakologie" und die Fähigkeit, die Radioaktivität eines Materials mit einem einzigen Knopf zu kontrollieren. Ganz zu schweigen von der Herstellung extrem kompakter Beschleuniger, die mit den gigantischen Anlagen des CERN Geneva mithalten können. Die Kontrolle des Lichts ist noch lange nicht an seine Grenzen gestoßen. Die LOA arbeitet mit dem Laser, einer der spektakulärsten Errungenschaften der Entdeckungen, die Albert d'Einstein in 1921 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet haben.

Gérard Mourou hat maßgeblich dazu beigetragen, die Leistung dieses erstmals in 1960 erhaltenen kohärenten Lichtstrahls zu steigern. In 1985 entwickelte er eine Methode namens Chirped Pulse Amplification (CPA) (Die Welt von 8 June 1990). "Über Nacht machten wir eine Quelle, die auf einem Tisch stand und deren Intensität der von Einrichtungen von der Größe eines Fußballfeldes entsprach", sagt Gerard Mourou.

Strandgutsammler

Physiker kämpfen seit zwanzig Jahren mit dem Auftreten nichtlinearer Phänomene bei Intensitäten von etwa 1014 W / cm2 (W / cm2), die die Welle herabsetzen und die Zerstörung der Feststoffe verursachen, in denen die Laser geboren wurden. Gérard Mourou verwendete Quellen, die sehr kurze Impulse erzeugten (Pikosekunde, 10-12-Sekunde), wobei eine der Eigenschaften darin bestand, einen breiten Frequenzbereich zu enthalten. "Um das Problem zu lösen, haben wir ihn vor der Verstärkung des Impulses durch die Anordnung der Photonen gestreckt", sagt der Forscher, der zur Erklärung der CPA die Analogie einer Reihe von Radfahrern verwendet, die einen Tunnel gegenüberstellen. Um eine Verstopfung beim Überqueren der Front zu vermeiden, müssen einige Fahrer vor dem Hindernis abgebremst werden.

Gérard Mourou geht in gleicher Weise mit den Frequenzen vor. Nach dem Trennen erzwingt es mit einem Beugungsgitter unterschiedliche Wege zu jeder Farbe. Nach der Verstärkung jeder Frequenz ist es "ausreichend", die umgekehrte Operation auszuführen, um ein Impulsprofil zu finden, das identisch ist, aber viel intensiver ist. Mit dem CPA ist die Intensität wieder gestiegen und ... 1022 W / cm2 heute, 1024 W / cm2 in 2006.



"Bis zu einem bestimmten Wert der Intensität bleibt die magnetische Komponente der einfallenden Welle im Vergleich zu ihrer elektrischen Komponente vernachlässigbar", erklärt Gérard Mourou. Aber von 1018 W / cm2 übt es einen Druck auf das Elektron aus. Letzteres, das bis dahin einem einfachen "Anschwellen" ausgesetzt war, wird plötzlich von einer Wellenwelle mitgerissen, die ihn dazu bringt, seine eigene Geschwindigkeit zu erreichen, das heißt die des Lichts. Wir betreten dann die relativistische nichtlineare Optik. Die zerrissenen Elektronen verwandeln ihre Atome in Ionen, die "versuchen, die Elektronen zurückzuhalten, wodurch ein kontinuierliches, dh elektrostatisches Feld von erheblicher Intensität entsteht". Dies wandelt das elektrische Wechselfeld der einfallenden Lichtwelle in ein kontinuierliches elektrisches Feld um.

Dieses "außergewöhnliche" Phänomen erzeugt ein titanisches Feld von 2 Teravolt pro Meter (1012 V / m). "CERN auf einem Meter ...", fasst Gérard Mourou zusammen. Bei 1023 W / cm2 erreicht das elektrostatische Feld 0,6 Petavolt pro Meter (1015 V / m) ...
Zum Vergleich: Das Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) beschleunigt Partikel auf 50-km bis zu 3-Gigaelektronenvolt (GeV). "Theoretisch können wir dasselbe bei einer Entfernung in der Größenordnung des Durchmessers eines Haares tun", sagt der Forscher. Zu seiner Zeit glaubte Enrico Fermi (1901-1954), dass der Gaspedal die Erde umkreisen sollte, um den Petavolt zu erreichen.

"Die vom Licht gedrückten Elektronen ziehen die Ionen hinter sich her", fährt Mourou fort. Ab jetzt trägt das Boot Anker. Das Anfangslicht erzeugte einen Strahl aus Elektronen und Ionen. Die LOA hat es geschafft, Elektronen bis zu 150 Mega-Electronvolt-Energien (MeV) über Entfernungen von einigen zehn Mikrometern zu beschleunigen. Er beabsichtigt, zuerst zu GeV zu drängen und viel später.

Mini Big Bang

Parallel zu dieser Entwicklung, die schließlich mit großen Teilchenbeschleunigern konkurrieren könnte, sagte Gérard Mourou, er sei sehr nahe, dank der großen Lichtstärken, die erzielt wurden, um "die Leere zu zerschlagen", das heißt zu enthüllen. etwas "wo nichts in Erscheinung war.

In Wirklichkeit handelt es sich nicht um eine magische Operation, sondern um "einfach" das Unsichtbare zu enthüllen. Theoretisches Ziel ist eine Intensität von 1030 W / cm2. Um diesen Wert zu erhalten, betrachten Physiker das Vakuum als Dielektrikum, das heißt als Isolator. Auf die gleiche Weise, wie eine zu starke Intensität einen Kondensator "schnappt", ist es möglich, "das Vakuum zuzuschlagen".

Doch was passiert dann? Was seltsame Teilchen werden sie Vakuum fließen? Auch hier ist das Geheimnis abgestanden. Es wird ein paar Elektron-Positron sein. Ein Teilchen und sein Antiteilchen, die leichter und damit diejenigen, die in den Worten von Einstein, wird die am wenigsten Energie Anspruch produziert werden. Und das Minimum ist auch bekannt: 1,022 MeV.

So scheint alles bereit für die Materie in einem Labor seinen ersten Auftritt aus dem Vakuum macht. Diese Mini-Urknall könnte sogar passieren, bevor die 1030 W / cm2. Mr. Mourou denken, dass Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen verwendet, wäre es möglich, den Schwellenwert zu verringern, um rund 1023 1024 W / cm2. Aber es ist genau das Ziel der LOA für die kommenden Jahre

Artikel in 19.10.05 Ausgabe der Welt


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