In laserfaciliteiten in Engeland testen natuurkundigen een 84-jaar oude theorie, waarvan altijd werd gezegd dat die onmogelijk is om te bewijzen.

Laat je de naam Albert Einstein vallen dan denken veel mensen al snel aan E = mc²; daar hoef je geen natuurkunde voor te hebben gestudeerd. De beroemde formule beschrijft de relatie tussen massa en energie. Eenvoudig gezegd geeft de vergelijking aan hoeveel energie er aanwezig is binnen een bepaalde hoeveelheid massa. En dus hoeveel energie er wordt geproduceerd wanneer materie wordt omgezet in energie.

Onderzoekers van het Imperial College London willen de vergelijking omdraaien in m = E/c², dat betekent het volgende: zij willen licht veranderen in materie.

Mission impossible?

Het idee van licht omzetten naar materie is niet nieuw. De natuurkundigen Gregory Breit en John Wheeler stelden het in 1934 al voor. Ze beweerden dat als je twee fotonen (lichtdeeltjes) met veel kracht op elkaar laat klappen, de botsing zou resulteren in een elektron (negatief geladen deeltje) en een positron (het antideeltje van een elektron). Op die manier zou je dan materie uit licht hebben gecreëerd.

Dat is makkelijker gezegd dan gedaan en Breit en Wheeler gaven dan ook toe dat het onmogelijk zou zijn. De Engelse wetenschappers zien dat iets rooskleuriger in nu ze een manier hebben gevonden om de theorie te testen.

Hoogenergetische lasers

De experimentele opzet bestaat uit een zogenoemde photon-photon collider, waarbij twee extreem krachtige laserstralen zijn betrokken. Eén laser is ongeveer net zo krachtig als duizend keer de energie van fotonen die zichtbaar licht produceren, de ander zelfs een miljard keer.

Deze lasers zullen worden gebruikt om de fotonen te creëren die vervolgens moeten botsen. In een kamer worden elektronen op een plak goud afgevuurd om een bundel van hoogenergetische fotonen te produceren. Vervolgens wordt een tweede hoogenergetische laser afgevuurd in een kleine gouden buis om een warmtestralingsveld – een hohlraum genaamd – te creëren.

De fotonenstraal wordt dan door de hohlraum gestuurd en de fotonen van de twee laserbronnen botsen. Als het werkt, kan het team geladen positronen van deze botsingen detecteren en heeft het dus licht omgezet in materie.

Annihilatie

“De kunst is om heel intense lasers te maken met heel hoogenergetisch licht”, mailt experimenteel natuurkundige Hans Hilgenkamp (Universiteit Twente). “Daarnaast is het nog een kunst om de ontstane materie (die uit combinaties van deeltjes met tegengestelde lading bestaan, zoals elektronen en positronen) te detecteren.”

“Dergelijke combinaties hebben namelijk sterk de neiging om weer ‘terug te vallen’ door een omzetting terug naar licht (de zogeheten elektron-positron-annihilatie). Je moet de elektronen en positronen dus wel uit elkaar trekken om zo’n vroegtijdige annihilatie te voorkomen.”

Processen op de achtergrond

De detectie van de positronen zal inderdaad een behoorlijke uitdaging worden, geven de onderzoekers toe. Alle verzamelde gegevens zal het team grondig moeten controleren om er zeker van te zijn dat de positronen niet afkomstig zijn van andere achtergrondprocessen.

Voorlopig zullen we dus nog even moeten wachten op de resultaten. Maar Hilgenkamp is in ieder geval enthousiast over de dappere poging van de Engelsen. “Het is een heel erg leuk experiment, en het is erg interessant om te zien of het haalbaar is om op deze wijze materie te maken uit licht.”

Bronnen: Imperial College London, ScienceAlert

Lees ook:

• ‘Nieuwe vorm van licht met drie fotonen gecreëerd’
• Felste laserlicht ooit ontdekt vreemd elektronengedrag

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!