【物理学】光を物質化する実験開始 - 「ブライト-ホイーラー過程」を実証へ［04/02］
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インペリアル・カレッジ・ロンドン(ICL)などの英国研究チームは、
光が相互作用して物質化する「ブライト-ホイーラー過程」と呼ばれる現象を実証するための実験を開始すると発表した。
ブライト-ホイーラー過程は、
1934年に物理学者グレゴリー・ブライトとジョン・ホイーラーによって予想された物理現象であり、
2個の光子が高エネルギーで衝突することによって物質粒子である電子と陽電子が1個ずつ生成される。
光子の衝突エネルギーを極めて高くする必要があるために、
これまでは、ブライト-ホイーラー過程を実験的に確かめることは不可能であると考えられてきた。
しかし、2014年になってから、核融合の研究で使われている高出力レーザーを利用することによって
既存の技術でも実験を実現できるというアイデアが提案された。
今回の研究は、このアイデアにもとづいて実際の実験装置を組み上げて、
ブライト-ホイーラー過程の実証を目指して行われたもの。
2014年に提案された実験方法では、まず第1段階として、超高強度のレーザーを用いて、電子を光速近くまで加速する。
すると、この電子を金平板に衝突させることによって可視光の10億倍という高エネルギーの光子ビームを生成する。
第2段階では、金の微小空洞の内部表面に高エネルギーのレーザーを照射して、熱放射場を発生させる。
この熱放射場からは恒星が光を発するのと同じように光が放射される。
次に、第1段階の高エネルギー光子ビームを、第2段階の金空洞の中心部に向けて打ち込む。
すると2つの光源からの光子同士が衝突するが、
このときの衝突エネルギーはブライト-ホイーラー過程によって電子と陽電子が生成されるために
必要なエネルギーレベルに達すると考えられている。実験では、このとき生成される電子と陽電子の検出を行う。
今回実際に使用される実験装置では、2本の高出力レーザービームを使って光子同士を衝突させる。
一方のレーザーの出力は可視光の約10億倍、もう一方は可視光の約1000倍のエネルギーとする。
このビームをチャンバ内の2個のターゲットに集束させる。
チャンバは、レーザービームを集束するための複雑な光学系と、荷電粒子を逸らすための磁石を備えている。
ブライト-ホイーラー過程が起これば、チャンバから陽電子が出てくるはずなのでそれを検出する。
陽電子が実際に検出された場合には、
それが他のバックグラウンド由来のものでなく本当にブライト-ホイーラー過程によるものだったかどうか、
データを慎重に分析していくことになる。
アインシュタインの一般相対性理論によれば、
質量mの物質をすべてエネルギーに変換するとE=mc2という方程式にしたがって莫大なエネルギーが得られる
(cは光速)。この式を等式変形するとm=E/c2となるので、エネルギーEからはE/c2という質量をもった物質が得られることになる。
これがブライト-ホイーラー過程で生成される電子と陽電子の質量に相当すると考えられる。
研究リーダーのStuart Mangles博士は
「この実証に成功した場合、宇宙誕生後の最初の100秒間で起こったプロセス、
また宇宙物理学上の大きな謎であるガンマ線バーストなどを再現したことになる」とコメントしている。
画像：ブライト-ホイーラー過程を検証するための実験装置。高エネルギーのレーザービーム2本を衝突させて光子から電子と陽電子を生成させる (出所:ICL)
https://news.mynavi.jp/article/20180402-610233/images/001.jpg
画像：実験用チャンバの光学系 (出所:ICL)
https://news.mynavi.jp/article/20180402-610233/images/002.jpg
マイナビニュース
https://news.mynavi.jp/article/20180402-610233/ 超強力なレーザーを使い、光が電子を停止させる実験に成功
http://engineer.fabcross.jp/archeive/180226_laser.html
これ、原子が崩壊するとき、マイナス電子を強制放出後、自爆するって定義しているんだぞ ガンマ線の更に上の領域だと光が光でいられなくなるってこと？ まず、原子力発電の仕組みが中心
原子核は、中性子エネルギーを受け取るとより強力な中性子エネルギーを放出する
一般的に金属だけではなく、空気も同じに作用する
ただ、この時、原子に固有磁場特性が発生し、常磁性、強磁性、反磁性が生じる
これらの磁場で中性子は、作用され、加速する 確率的に常に生成消滅を繰り返してるんじゃなかったんか >>11
落ち着け
光子さんと光子さんが曲がり角でぶつかると、
でんこちゃんとひなたでんこちゃんに変身するんだ >7>19
そうだよ、感動だよね！
等しいエネルギーの物質に置換されなければならない
この過程は是非とも知りたいな
知識でも数字でもなく実験を見て、可能な限りひっくり返るその瞬間を 面白いな
物質とはいったい何なのか？
この探求になるよね 何の役に立つのかわからん
物質を光にして転送出来る？ 光の物質化過程はたぶん違う。
光ってのは、動けなくなると、その場でグルグル回る性質を持つ。
この段階で、なんらかのアクション、
たとえば、この状態でも動ける中性子かガンマ線が飛び込んできて、
複数の固着光を束ねて糸抜きの玉状態をつくるとか。
正直なとこ、ブラックホールでおこっていそうな反応。
そこで光が物質化するんじゃないかと推測している。 >>34
＞正直なとこ、ブラックホールでおこっていそうな反応。
＞そこで光が物質化するんじゃないかと推測している。
だな。ブラックホールの質量を計測する方法は無いのだろうか？
吸い込まれた（光）エネルギーが物質化すれば、ブラックホールの質量は取り込まれた質量よりも増えているはず
昔から思っていた
宇宙が閉じているなら、宇宙の反対側？（あるいは中心）にビッグバンのエネルギーが集まって元の状態に戻るのでは？ >>42
ガンマ線かもしれんし、濃厚な暗黒物質かもしれんし、
ただ、高重力下でとらえられて、プルプル震動するようにまわっている光の粒子を
束ねて物質化することが、
ブラックホールの機能として存在するのではないかと 物質も光もエネルギー形態が違うだけなんだね。
いつかエネルギーを同値交換できる日が来るんだろうな。 で、なんちゃらが実用化し、なんちゃらが改良し、なんちゃらがコピーし、なんちゃらが起源を主張すると 光子どうしはぶつかるのか
てことは光子間で何らかの相互作用があるってこと？
対発生は単に一個の光子が電子/陽電子に気紛れに変わるだけなので
光子どうしの相互作用とは別だと思うんだけど 物質粒子と呼ばれるクォークやレプトンだって、
物質を構成する粒子だからそう呼ばれてるだけであって、
クォークやレプトン自体は物質ではなく、
あれは早い話が場の励起状態や
というか素粒子はみーんな場の励起状態 >>48
とは言えクォークやレプトンはフェルミオンなのでパウリの排他律を満たす
ボゾンである光子とは性質が違うのでは >>48
それにボゾンは場の励起状態と言えるけど
フェルミオンに対応する場があるのかどうか
ヒッグス場の励起はヒッグス粒子だけど
電子は電磁場の励起じゃないし
電磁場の励起は光子なわけで >>1
>質量mの物質をすべてエネルギーに変換するとE=mc2という方程式にしたがって莫大なエネルギーが得られる
これの逆って考えると、エネルギーから物質を作るのはたいそう大変だなー。 落雷によってガンマ線が発生し、空気中の窒素
原子核に衝突して同位体を形成し、これが崩壊
する際にニュートリノと陽電子を放出し、その
陽電子が空気中の電子と衝突することで頻繁に
対消滅を繰り返している、ってニュースが去年
あったな。 内側が鏡になってる筒に1カ所穴をあけてさらに
穴の所には反射しないようにして光はその筒の中でのみ反射するようして
そこからライトで照らしたらどうなるの？ >>56
落雷の時に、オレの部屋で破裂音がしたのはソレか? >>56
落雷というか雨雲内で頻繁に陽電子崩壊が起きてるって話じゃなかったか よくわからんが成功すればライトセイバーが実用化されるんだな 
光を物質化？スレタイアホすぎない？ >>60
カミオカンデが計測しようとしたのは陽子崩壊であって陽電子崩壊じゃない
まぁ >>59 の言ってるのも正確には陽電子崩壊じゃなくて対消滅だが
宇宙誕生後暫く経つとe^+ + e^- → γ + γの過程が優位になって光子によるエントロピー生成が起こる。 >>14
ボクは満子さんと衝突合体したいです（＞＜） 真っ黒のサングラスかけても眩しくてよくわからん物が出来るのか。 >>51
場の量子論や標準モデルでは、粒子はなんでも場の励起と考えるのさ。
だから電子は電子場の励起、クオークはクオーク場の励起。
いくつ場があるのか本当は分っていない。 >>69
分かりました
で最初の疑問に戻って、このブライトホイーラ過程とかいうのでは
光子どうしはどうやって相互作用するのでしょう
核力が中間子、つまりボゾン化したフェルミオンペアの交換で説明されるように
高エネルギーの光子は電子-陽電子対を交換するとでも言うのでしょうか >>70
2つの光子があるとして、一つの光子から電子と陽電子ペアが生じる。
このとき生まれた電子が２つ目の光子を吸収する。この過程は同時に起こる。
その結果、２つの光子が相互作用して電子ー陽電子対が生じることになる。
ファインマン図形で書けば、Breit-Wheeler 過程はこのように書けるはず。 >>71 >>73
なるほど
まぁ当たらずと言えど遠からずか
どうもありがとう >>71 >>73
このダイアグラムをよく見ると電子-陽電子の対消滅を逆に見たものだし
陽電子を時間逆行する電子と見れば、電子が光を出しながら運動量を変える散乱過程だし
ファインマン・ダイアグラムでよく目にする相互作用に過ぎなかったんですね
勉強になりました 応用を早ようしてや。
人口と人類の欲望は、もうビックバンの
ような様相やがな。 別の地球みたいな
惑星を見つけて数時間で移動できるとか
そんなスターウォースの世界を実現して
たもれ。 ブレサリアンが光は物質やエネルギーに変換すれば食べれると言っていたな。 ここの人って、概要をワードだけで覚えて理解できたといい、飛躍した応用を語り出すのがいるけどなんなの？ >>85
日本語が学問に向いてない理由がそれだよ
漢字の字面を見ただけでわかったつもりになれてしまうから知ったかぶりを量産する欠陥言語だ >>86
知ったかぶりなんてどの言語の民族だろうと多数発生しているけど？
おまえがまさに典型的な知ったかぶりだろうw >>87
英語は字面から意味を妄想出来ないため知ったかぶりが不可能
何も知らないのはお前 >>88
日本語が学問に向いてないなんて証明されていないばかりか主張している言語学者など世界に存在しない
いるというなら提示しろ
いい加減な評論家紛いにしかいないよ
自国語で多彩に富んだ学術用語を表現出来ずに学術書は全て欧米から輸入しないといけない国が大部分なんだぞ
だから大学教育は英語以外では成立してないとこが多い
日本ほど早期から日本語(自国語)で高等教育を確立した国は無いんだよ
近代史において日本語ほど上手く適応した言語は無い e=mc２
なのに、mが重力を生み、eが重力を生まない事は納得できる? 物質の全ては光、根源は光
わたしを含めてみんな
光輝く存在なんです >>93
おつかれw
反論出来ずに敗北宣言いただきましたw >>96
低学歴ってので完全な反論だぞ
なぜなら日本語の文献では学位なんて取れないことくらいまともな学歴があれば知ってるから
知らない=低学歴 仮説でしかないが、私がエネルギーと呼ぶものはおそらく原子の前段階なのではないかと思っている。
物質でも固体、液体、気体と状態変化をするが、ならば原子の、ひいては物質の前段階が存在しても不思議ではない。
それこそがエネルギーであり光。
我々の日常でよく見る蝋燭の炎も、また核分裂反応により電力を産む原子炉も、
毎日拝むことができる太陽の核融合も、そこで起こっている事の本質は、ある
物質が別の物質に変わるとき(蝋燭の炎の周りでおきてる酸化・核分裂でウラン
235がクリプトンとバリウムに分裂する事・核融合で水素がヘリウムに融合する事)
に余剰のエネルギーが熱やその他のエネルギー(ガンマ線等)を放出しているのであり、
この事から、物質は即ちエネルギー(光)の固体化したものであると言える。 >>95
そうでしたね
ただの対発生にグレゴリー・ブライト過程なんて大仰な名前が付いてるので撹乱されたけど
ジョン・ホイーラはファインマンの指導教官だった人で提唱されたのも1934年だから
まだファインマン・ダイアグラムもなかった時代のものなんすね >>99
訂正
グレゴリー・ブライト過程じゃなくてブライト・ホイーラ過程か 光子って物質じゃなかったのか
物質の定義がよく分からん >>102
いや、ここでいう物質というのは原子を構成する素粒子という意味
あニュートリノもか
正確に定義するならスピンが半整数になる電子やクォークなどのフェルミオンが物質を構成する素粒子
スピンが整数になるボゾンが力を伝達する素粒子で、これが光子とかの非物質粒子という建て付け >>102
有名な方程式の概念 「e=mc^2」
この考えは物質が光（エネルギー）になるという考えだから、逆に光が物質にならないと
この方程式は眉唾と思うが。
核融合が恐ろしい密度と熱がないと粒子同士が衝突しえないほど激稀な状況なので
という説明に似ていると思う、光と光がぶつかり質量になる確率は、
隣の恒星を周回している惑星がありえない稀の軌道変化によって恒星の重力を降りきり
軌道を離れ100年後に地球に衝突する確率より遥かに低いはず。（確率は０ではない）
他にも人工衛星の全てが、何らかの影響で同時に問題がおこり軌道修正が起こり
貴方をピンポイントで狙って全てが1点に同時に落ちてくる確率より低いはず。 >>102
物質は質量を持って、個体液体ガスの三態の実態を成すもの。
物体の構成要素に粒子があり、光子は電磁波という波でありながら粒子の性質を持つ一面を持つという意味で、光子も物質の構成要素と同じ性質を有してる。
詳しくは「物質の全ては光」という本を読んでくれ。
間違ってもここの連中みたいに数行の言葉で理解した気分になって単語振り回す大人にはならないようにね。 ウイルチェックの愛するSUSYがまだ姿をあらわさない。
すごくいいアイデアなんだけど，自然はどちらを選でいる？ 光と光が横と縦からぶつかると四角くなるから重力になる
光子がぶつかって電子と陽電子になるのはよく聞くけど、
クォークは何がぶつかってできるんだろ？ 光子に質量がないのではなく、物質の因果律が光速ゆえに
質量を観測できないだけでも説明ができるんじゃね。
光源から逆方向に飛ぶ光の相対距離の位置関係の観測不能な
速度は光速の2倍で計算されるが、亜光速（光の6割の速度）なら
相互の粒子は反対側に移動する故に光速の6割＋6割で12割、つまり
位置関係は光速の1.2倍として説明ができる。
だがこの関係は観測すれば光速を超えられない、これは非観測における客観的な位置関係を
を考えないようにして光速に依存しない絶対的な距離を考えてはいけないという説明にすぎない
それぞれの粒子を観測しなくても相対的な移動途中の中間位置は計算可能であり、
そこに存在しているのは間違いない、観測をもって常に説明しているから非観測であっても
世界は回っている。
デカルトの我思うが故に我ありじゃないんだよ、観測しなくて粒子は存在している。
その辺の思考を封印して光速によって測られる距離が成立し、時間も光速によって算出される。
何かから観測されない、そんな風に時間も距離（長さ）も光速が基本にするから、
ビックバンによる宇宙は加速度的に物理学を肥えた説明で膨張しビックバンが無なら生じたなど
という神の原理のような信仰が始まる。
絶対時間やら絶対距離といった単位を測れる手段が光速（電磁波）以外に存在しない（発見されない）
からこそそういう意味不明な物理学が完成してしまった。
実に奇妙だと思わないほど教科書を丸暗記し、そこにわからない部分を全て特異点と言って
考えないようにするのが今までの物理学じゃね？ よくわかんないけどビームサーベルやライトセイバーが作れるってわけ？ >>112
電子と陽電子をぶつけてクォークと反クォークのジェットを生成するのを
日本のトリスタンでもやってたはず
クォークは単離出来ないので生成されるのは多数のハドロン(核子や中間子)だけど
もっとも、この場合でも電子とクォークが直接相互作用するのではなく
途中に(仮想)光子が媒介するダイアグラムになるので
やはりクォークも光子から生成されたといえる
実際、クォークと反クォークから成る中性パイ中間子(π0)は２個の光子に崩壊するので
逆に光子をぶつけてπ0を作ることも原理的には可能なはず
まぁπ0は電子の200倍以上重いので電子を作るよりずっと難しいと思うけど >>1
つまりビッグバンによる超高エネルギーの光子の衝突によって物質が生み出されたってこと？ 雷で陽電子が少しできるらしいけど
なるほど、そういうことか？ 野党？与党でしょ。
現野党も政権に対するチェック機能だけしか期待されていない感じだし、
本人たちも、それしかできない感じだしね。
外交とか国際情勢とか経済問題考えたら、現野党には何にも任せられん。 >>116
電子と陽電子がぶつかればまた光に戻ると思っていたけど
クォークができることもあるのか、ありがと。 オレは、宇宙初期は唯一の場に由来する光しか存在しなかったっていうのが好きだな。
例のアレ、光あれ！、みたいな。
それから宇宙の冷却とともに宇宙の相転移が起
こって軽量場っつうか重力場が枝分かれして時
空が始まり、さらに冷えて、強い力、弱い力、
電磁場がさらに枝分かれしたっていうお話。
このお話は、光から物質が生まれるっていう今
回のスレの話と整合いいんで。 懐中電灯向かい合わせてスイッチオンにしたらこの実験と同じことできる？
科学博士教えて 量子と量子がぶつかる瞬間は量子より小さい隙間ができるという矛盾を跳ね返す力が
核融合時のエネルギーでそれをさらに押さえ込もうとすると物質化して最小の空間という矛盾をかき消す。 >>126
可視光じゃ光子のエネルギーが全然足りないのでムリ
少なくとも電子の質量に変換できるエネルギーが必要でガンマ線レベルなら可 >>129
落雷ではガンマ線も出てるので可能性はあるけど、光子同士がぶつかる確率は低いだろうね
落雷で発生する陽電子は光核反応というものでガンマ線同士がぶつかって出来たものじゃないと考えられてる
ガンマ線が大気中の窒素に当たると窒素原子核から中性子を弾き飛ばす
中性子を一つ失った窒素(の同位体)は不安定なのでベータ崩壊を起こして炭素に変わる
このとき陽電子とニュートリノが放出される、というメカニズム >>114
低学歴だと、発言文字数が減るって知っている？ 光って波だろ？
波と波をどうやって衝突させられるんだ？ 通常のレーザー干渉の話ではないぞ
無から質量が生まれたビッグバンみたいな話 人名だったのか
なんか意味有りげな単語だったから、ナノレベルの車輪がエネルギーを放射するような過程なのかと思ってしまった ドラえもんの道具で光を固体エネルギーに変えるやつあったな 光が物質化できるということは、光に質量がないというのは間違いであるという証拠だ、
つまり、質量が無いのではなく、質量を観測できないが正解
物理学の説明は観測した結果として意味を説明する論理ゆえに観測質量がないで嘘を言っているわけではない。
運動量が光速に達したときに物質の因果関係が成立しない、観測できない
その状態を質量がないと言っているだけだ。非観測質量について物理学は一切述べないし
説明してはいけない、このぐらい理解できないから単なる暗記しかできないヴぁカが生まれる。
物理学の観測や観測者を人が観測するとかミスリードするような奴も例外なく頭がおかしい、関係性を説明するときに
観測と言い直しているだけで人が一切介在しなくても観測が成立しなければ物理法則の説明などできない。 ミクロの世界では重力の及ぶ距離が０
ぶつかった粒子は１つに
そういう意味の1/0(分母０分子１)になるんだから
光子と光子がぶつかると１つの光子に、そして周囲への重力的な影響力は０ そもそも相対性理論が ①質量=加速度 ②光速では時間停止 を定義してるんだから、時間が無いものに加速度は無い=質量は無い となる
で、E=mc^2だからm=E/c2の質量が生まれるっていうが、この時間と空間を超越した速度cって数字の単位は結局何なんだ?って話になる。
この式はcを距離/時間の速度でなく謎の神がかった定数にすることで時間と空間を無理矢理式から消してるから。
この実験でもし本当に何か物質が生まれたら、cとは何ぞやって答えが出るが、
何も起きなかったら「あれ～？エネルギーが足りないのかなー？」みたいな話になってcの定義の曖昧さがこれまでの100年に引き続いてまた棚上げになる
本来はcを疑わないといけないのに 物質ってのは、電磁波が極度に集中して振動（共振？）してる状態だと思うんだがどうだろう
自身の重力によって抜け出せなくなってる、つまりちっちゃいブラックホール的な
しかし2重スリット実験とか見るとある程度広がってるっぽいし違うかなぁ >>150
近い感覚があります
また、電磁波の挙動が空間に属していれば、
電磁波を引き止める本質は空間になるのかとも思います
となると、空間と物質が等価にもんsるような いや、そもそも空間が全てかも、空間の変容が全てかも >>150
>>151
疑問に思うなら、すでに研究されている知見を学べばいいのに。
場の量子論 でもWikipediaでも見たら？ 物質化する度に誰かが世界のどこかで一人、また一人といなくなってゆく
気付いたのは開始から８年後の事であつた >>153
そこ一通り読んでも疑問が解決しなかったから聞くんだけど、波と粒子の違いは何なの？
波はその場に留まったりしないけど、粒子は広がらずにその場に留まる
何故？ 光から何もないところに物質作っちゃうのかよ
魔法だろ ヒッグス粒子の反粒子をぶつけると
なんと光から質量になる
これがビッグバンの正体 波と粒子は違うっていうけどさ
粒子(物質)のふるまいの一つが波じゃね? >>161
光は古くから単体の波のエネルギーとされているけど、
量子力学の世界だと、単体の光子としても表現できるとされているって話だと思うよ。
量子力学は波のように広がり分布がある各種のエネルギーを、素粒子として表現する
ゲージ粒子という分類の粒子を定義しているし、それらは近年、ヒッグス粒子の存在を
確認する現象を計測したということで、全ての存在がほぼ確実とされているってところ。
今回の実験は、そのうち光というエネルギーのもととなる光子のみを使って、陽子、反陽子
を作り出し計測するというお話。 ついに陽子が作れるようになったのか
錬金術の完成まであと少し 結局最後にどこか近傍の物質と結合して、思いっ切り放射性物質になる悪寒。 >>163-164
陽子と反陽子ではなく、電子と陽電子 陽子崩壊は確定じゃん
おいおいおい
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