Descubren cómo convertir la luz en materia ochenta años después

Hace ahora 80 años, Gregory Breit y John Wheeler, dos físicos que más adelante formaron parte del equipo que desarrolló la bomba atómica, plantearon una teoría que, aunque consideraban cierta, admitieron que sería imposible de reproducir y probar en un laboratorio.

Según sus cálculos, era posible, aunque muy muy poco habitual, que dos partículas de luz, o fotones, se combinasen para producir un electrón (partículas que forman la capa externa de los átomos) y su equivalente en la antimateria, un positrón. Es decir, que Breit y Wheeler creían que la luz se podía transformar en materia haciendo chocar dos partículas de luz (fotones) aunque las condiciones para que eso ocurriese eran tan raras que “no tendría sentido intentar observarlo en un experimento en el laboratorio”.

Sus cálculos siempre han sido aceptados como teóricamente sólidos, pero nunca han sido demostrados en un laboratorio

Sus cálculos siempre han sido aceptados como teóricamente sólidos, pero nunca han sido demostrados en un laboratorio. Hasta la fecha, algunos experimentos que se han realizado en este sentido han necesitado el añadido de partículas de alta energía con masa, por lo que no ha sido posible establecer como estrictamente cierto que se haya creado masa a partir de luz.

Un experimento posible con tecnología existente

Ahora, científicos del Imperial College de Londres dicen haber dado con el método, asegurando que serán capaces de reproducir este proceso durante los próximos 12 meses. Según un artículo que han publicado en la revista Nature Photonics, la clave está en utilizar rayos láser de alta energía y otros equipamientos de laboratorio que ahora están disponibles para los científicos pero que en 1934, Breit y Wheeler no podían imaginar.

La idea es construir un colisionador de fotones, utilizando tecnología ya existente, creando un nuevo tipo de experimento de partículas con alta carga energética. Los científicos explican que, de conseguir llevarse a cabo, estaría reproduciéndose un tipo de reacción que fue crucial en los primeros segundos de vida del universo y que también es visible en las ráfagas de rayos gamma, las mayores explosiones del universo y aún un misterio para los físicos

En el trabajo publicado, el investigador jefe, Oliver Pike, y sus colegas describen el proceso que piensan utilizar para convertir la luz en materia en una serie de pasos. En el primero, los científicos utilizarán un láser de extremadamente alta intensidad para acelerar los electrones justo por debajo de la velocidad de la luz. Después, dispararán esos electrones hacia una losa de oro para crear un haz de fotones con mil millones de veces más energía que la luz visible.

Los científicos explican que, de conseguir llevarse a cabo, estaría reproduciéndose un tipo de reacción que fue crucial en los primeros segundos de vida del universo

En la siguiente fase, utilizarán una pequeña cápsula de oro, llamada hohlraum, a la que dispararán un láser de alta energía, creando un campo de radiación térmica y generando una luz similar a la que emiten las estrellas.El haz de fotones de la primera fase será dirigido hacia el centro de esta cápsula, causando que los fotones de ambas fuentes choquen, generando así electrones y positrones.

Un campo plagado de premios Nobel

“Aunque la teoría es conceptualmente muy simple, verificarla experimentalmente hasta ahora ha sido muy complicado. Desarrollar la idea de este colisionador fue bastante rápido, pero además el diseño del experimento que proponemos puede llevarse a cabo fácilmente y con tecnología que ya existe”, explica Pike.

Pike y su equipo planean llevar a cabo este experimento durante el próximo año, y ya están buscando las instalaciones donde desarrollarlo y otros grupos de investigación con los que colaborar. Desde luego, la idea de crear un proceso que genere materiales, digamos, utilizables en nuestro día a día a partir de luz aún está muy lejos, pero esto abriría un nuevo campo de investigación y experimentación en el campo de la física de partículas.

Si efectivamente cumplen con su objetivo, ésta podría ser la pieza final del puzzle que describe las formas más simples en las que interactúan luz y materia. Las otras seis piezas, que incluyen entre otras la teoría del efecto fotoeléctrico de Einstein, han generado en distintos momentos trabajos merecedores del Premio Nobel.