Un equipo de investigadores del Imperial College de Londres acaba de acercar a la realidad una idea que ronda los laboratorios de Física desde hace más de 80 años: crear materia a partir de la luz. Algo, por cierto, que muchos consideraban imposible. El hito se publica en la revista Nature Photonics. abc.es
Breit y Wheeler sugirieron, en 1934, que debería ser posible transformar la luz en materia mediante la colisión de dos partículas luminosas (fotones). De esa colisión surgirían un electrón y su antipartícula, un positrón. Pero ni siquiera ellos creyeron nunca que esta predicción pudiera llegar algún día a llevarse a cabo de una forma práctica. De hecho, dicha transformación no ha sido observada jamás en laboratorio alguno, y los experimentos llevados a cabo hasta ahora para demostrarla necesitaban que se incluyeran en el proceso terceras partículas, muy masivas y energéticas.
Pero la nueva investigación es diferente, y muestra por primera vez que la vieja teoría de Breit y Wheeler puede ser llevada a la práctica gracias a un nuevo tipo de colisionador “fotón fotón” que sería capaz de convertir, directamente, la luz en materia. Según los autores del estudio, la tecnología necesaria para fabricar dicha máquina está disponible, y su construcción abriría las puertas a un nuevo tipo de física de altas energías.
100 primeros segundos del Cosmos
El experimento, en efecto, recrearía un proceso que se produjo de forma natural durante los 100 primeros segundos de existencia del Universo y que es visible, también, en los GRB (Gamma Ray Burst), las titánicas explosiones de rayos gamma (las mayores que se producen en todo el Universo) y que son uno de los misterios que la Ciencia aún no ha sido capaz de resolver.
Los investigadores, que trabajaban en aspectos aún no resueltos de la fusión nuclear, se dieron cuenta una mañana, delante de una taza de café y en su pequeño despacho del Laboratorio Blackett de Física del Imperial College, de que su trabajo podría aplicarse también a la teoría de Breit y Wheeler. El hito contó también con la aportación de un físico teórico del Instituto Max Planck de Física Nuclear, en Alemania, que estaba de visita en el Imperial College.
Demostrar por fin la teoría de que es posible transformar la luz en materia podría revelar la última pieza del puzzle que describe las varias formas en que la luz y la materia interactúan en la Naturaleza. Las otras seis piezas de este rompecabezas incluyen la teoría de Paul Dirac (de 1930) de la aniquilación de electrones y positrones y la teoría de Einstein (1905) sobre el efecto fotoeléctrico.
Para Steve Rose, del Departamento de Física del Imperial College, “a pesar de que todos los físicos aceptan esta teoría como verdadera, cuando Breit y Wheeler la propusieron también dijeron que no esperaban que jamás pudiera llegar a ponerse en práctica en un laboratorio. Hoy, cerca de 80 años después, hemos probado que se equivocaban. Lo que más nos sorprendió fue descubrir cómo podríamos crear materia directamente a partir de la luz usando tecnologías que ya tenemos en la actualidad. Como somos teóricos, pedimos ahora que otros puedan usar nuestras ideas para llevar a cabo este importante experimento”.
El experimento propuesto por los investigadores se llevaría a cabo en dos pasos. Primero, habría que usar un potente laser de alta intensidad para acelerar electrones justo hasta una pequeña fracción por debajo de la velocidad de la luz. Entonces habría que “disparar” esos electrones contra una lámina de oro para crear un haz de fotones mil millones de veces más energéticos que los que forman la luz visible.
Habitación vacía
Para el siguiente paso del experimento se necesita un “hohlraum”, palabra alemana que significa “habitación vacía”. Se trata de un pequeño contenedor cerrado (hecho también de oro) en cuyo interior se haya hecho el vacío. Los científicos calentarían el contenedor con un láser de alta energía para crear un campo de radiación térmica capaz de generar una luz similar a la que emiten las estrellas.
Después habría que dirigir el haz de fotones obtenido durante la primera fase a través del centro del contenedor usado en la segunda, haciendo que los fotones surgidos de ambas fuentes colisionen y formen electrones y positrones, cuya creación podría ser detectada por el experimento.
Oliver Pike, el investigador principal del trabajo, afirma que “a pesar de que la teoría es conceptualmente simple, resulta muy difícil de demostrar experimentalmente. Nosotros hemos sido capaces de desarrollar las ideas para este nuevo colisionador muy rápidamente, y el diseño y la construcción de lo que proponemos también puede llevarse a cabo con relativa facilidad y con tecnología existente. Tras apenas unas horas de buscar aplicaciones posibles para los “holraums”, ajenas a su uso tradicional en la investigación sobre fusión nuclear, nos quedamos de piedra al darnos cuenta de que ofrecen las condiciones perfectas para crear un colisionador de fotones. La carrera para fabricarlo y llevar a cabo el experimento está abierta”.