Los físicos del Imperial College de Londres han descubierto la forma de crear materia de la luz, una hazaña que parecía imposible cuando la idea fue teorizada por primera vez hace 80 años.
Durante un solo día y varias tazas de café en una pequeña oficina del Laboratorio de Física Blackett Imperial, tres físicos elaboraron una forma relativamente sencilla de probar físicamente una teoría ideado por los científicos Breit y Wheeler en 1934.
Breit y Wheeler sugirieron que debería ser posible convertir la luz en materia por la rotura de sólo dos partículas de luz (fotones) y crear un electrón y un positrón, el método más simple de convertir la luz en materia jamás predicho. En el cálculo se encontró que era teóricamente sólido, pero Breit y Wheeler dijeron que esperaban que nadie demostrara físicamente su predicción. Nunca se ha observado en el laboratorio y los experimentos anteriores para probarlo han requerido la adición de partículas masivas de alta energía.
La nueva investigación, publicada en Nature Photonics , muestra por primera vez cómo la teoría de Breit y Wheeler se puede probar en la práctica. Este “colisionador de fotones”, que convertiría la luz directamente en materia utilizando una tecnología que ya está disponible, sería un nuevo tipo de experimento físico de alta energía. Este experimento podría crear el proceso que fue muy importante en los primeros 100 segundos del universo y que también se ve en los estallidos de rayos gamma, que son las mayores explosiones del universo y uno de los 'misterios sin resolver’ más grande de la física.
Los científicos habían estado investigando los problemas vinculados a la energía de fusión, cuando se dieron cuenta que lo que estaban trabajando podría aplicarse a la teoría de Breit-Wheeler. El avance se logró en colaboración con un físico teórico compañero del Instituto Max Planck de Física Nuclear, quien estaba de visita en el Imperial College.
La demostración de la teoría Breit-Wheeler proporcionaría la pieza definitiva de un rompecabezas de la física que describe la manera más simple en la que la luz y la materia interactúan. Las otras seis piezas de este rompecabezas, incluyendo la teoría de Dirac, de 1930, sobre la aniquilación de electrones y positrones y la teoría de Einstein, de 1905, sobre el efecto fotoeléctrico, están asociadas con la investigación del ganador Premio Nobel.
El investigador principal, Oliver Pike quien actualmente está completando su doctorado en física de plasma, dijo: "A pesar de que la teoría es conceptualmente simple, ha sido muy difícil de verificar experimentalmente. Pudimos desarrollar la idea para el colisionador muy rápidamente, pero el diseño experimental que proponemos puede llevarse a cabo con relativa facilidad y con la tecnología existente. Luego de observar por unas horas las aplicaciones de 'hohlraums' (cuarto vacío) fuera de su papel tradicional en la investigación de energía de fusión, nos quedamos asombrados al descubrir que proporcionaban las condiciones perfectas para la creación de un colisionador de fotones. La carrera para llevar a cabo y completar el experimento está en marcha".