En 1905, Albert Einstein escribió cuatro tratados innovadores sobre la teoría cuántica y la teoría de la relatividad.Se hizo conocido como el annus mirabilis de Einstein o el año de la maravilla.Uno trataba sobre el movimiento browniano, el otro ganó el Premio Nobel en 1921 y el otro explicaba las bases de la teoría especial de la relatividad.Pero el más inesperado es el último artículo de Einstein de 1905.
el papelsolo dos paginasY explica cómo la relatividad especial puede explicar el lado extraño de la desintegración radiactiva.Como demostró Marie Curie, algunas sustancias, como las sales de radio, pueden emitir partículas con energías mucho más altas de lo que es posible en la química simple.El pequeño tratado de Einstein sobre la especulación sobre el exceso de energía puede equilibrarse con la pérdida de masa de las partículas nucleares.Esta idea eventualmente condujo a la ecuación más famosa de Einstein, E = mc.2.
Esta ecuación a menudo se considera que significa que la materia y la energía son dos caras de la misma moneda.En realidad, la masa y la energía aparentes de un objeto dependen del movimiento relativo del observador, lo que significa que el cuanto está entrelazado, al igual que el espacio y el tiempo están conectados.Sin embargo, una consecuencia de esta relación es que, bajo las circunstancias adecuadas, un objeto debe ser capaz de generar energía a través de la pérdida de masa.
Ahora sabemos que esto es exactamente lo que sucede en la desintegración radiactiva.El efecto es también cómo las estrellas generan energía en sus núcleos a través de la fusión.Por supuesto, si la materia puede convertirse en energía, entonces la energía también debe convertirse en materia.El truco es un poco más difícil. Y necesitaba un acelerador de partículas para resolverlo.En estos días hacemos esto todo el tiempo.Acelera partículas a casi la velocidad de la luz y choca entre sí.La gran masa aparente de una partícula libera una enorme cantidad de energía, y parte de esa energía se convierte nuevamente en la partícula.Toda la física de partículas moderna se remonta a la historia en el tratado de dos páginas de Einstein.
Sin embargo, las leyes de la física no solo dicen que podemos generar energía a partir de la materia, sino viceversa. Impone ciertas restricciones a las propiedades de la materia y la energía producida.Uno de los ejemplos más simples de esto es la aniquilación electrón-positrón.Esto sucede cuando un electrón choca con un gemelo de antimateria.Ambas partículas tienen la misma masa pero cargas opuestas, por lo que cuando chocan producen dos fotones de alta energía.La masa de electrones y positrones se convierte completamente en energía.Este experimento se propuso por primera vez en la década de 1930, pero no se completó hasta 1970.
Si puede convertir completamente la materia en energía, también debería poder hacer lo contrario.Esto se conoce como el proceso de Breit-Wheeler e implica la colisión de dos fotones para crear un par electrón-positrón.Hemos usado luz para crear materia muchas veces, pero es muy difícil convertir dos fotones directamente en materia.Pero experimentos recientes muestran que es posible.
El equipo utilizó datos del colisionador de iones pesados relativistas (RHIC) para examinar más de 6.000 eventos que generaron pares de electrones y positrones.En lugar de simplemente disparar dos láseres entre sí, utilizaron colisiones de partículas de alta energía para crear intensos estallidos de fotones.En algunos casos, estos fotones chocaron, creando pares electrón-positrón.En los datos, podemos indicar cuándo se generaron pares directamente a partir de la luz.
Debido a que estas formaciones de pares ocurrieron en fuertes campos magnéticos, el equipo mostró otro efecto interesante conocido como birrefringencia de vacío.La birrefringencia normal ocurre cuando la luz se divide en dos haces de diferente polarización.Este efecto se produce de forma natural en materiales como:Combate de Islandia.Con la birrefringencia de vacío, la luz que pasa a través de un fuerte campo magnético se divide en dos polarizaciones, cada una de las cuales toma un camino ligeramente diferente.Cuando lo piensas, el efecto es realmente sorprendente. Porque significa que el campo magnético por sí solo puede cambiar la trayectoria de la luz en el vacío.Se ha observado birrefringencia de vacío en la luz de las estrellas de neutrones, pero esta es la primera vez que se observa en un laboratorio.
referencia:Einstein, Alberto.“Die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?“Annalen der Physik 323.13 (1905): 639-641.
referencia:Sodickson, L., et al.“Aniquilación cuántica única de un positrón.”Revisión física 124.6 (1961): 1851.
referencia:Breit, Gregory y John A. Wheeler.“dos colisiones de fotones.”Revisión física 46.12 (1934): 1087.
referencia:Adam, Jaroslav et al.“medición de electrones+mi?Momento y distribución angular de una colisión de fotones polarizados linealmente.”Carta de revisión física 127.5 (2021): 052302.