伽馬射線是波長小于0.1納米的電磁波,是比X射線能量還高的一種輻射,伽瑪暴的能量非常高。但是大多數伽馬射線會被地球的大氣層阻擋,觀測必須在地球之外進行。但科學家通過反物質原理演示伽瑪射線激光的形成。
據國外媒體報道,伽瑪射線、物質、反物質這些名詞通常只能在科幻小說中出現,但現在科學家試圖利用反物質的基本原理來創建伽瑪射線激光,我們目前已經掌握了許多種波長的激光,可覆蓋從紫外到X射線波段,而伽瑪射線激光則會比X射線波長更短一些。如果我們使用反物質激光器理論上可產生比X射線激光波長小千分之一的激光,其能夠探測非常微小的空間,因此這也是未來醫學成像中非常有潛力的技術。
比較傳統的激光類型有氬激光、氦氖激光等,比如紫外波段的氬氟激光波長在193納米,氬激光的波長為488納米,氦氖激光的波長為633納米,在紅光附近。還有紅寶石激光波長在694納米,再往前就是波長更長的激光,比如近紅外的釹釔鋁石榴石激光和遠紅外的二氧化碳激光,其波長達到大于千納米數量級。
來自馬里蘭大學聯合量子研究所的科學家布蘭登·安德森等在新的研究中詳細介紹了使用物質和反物質混合產生伽瑪射線激光的方法,其原理涉及玻色-愛因斯坦凝聚,將超低溫的氣體激發創建激光束,產生激光的強弱取決于介入其中的電子偶素能量。電子偶素是由一個正電子和一個電子構成的束縛態,事實上電子是帶負電荷的,而正電子帶的正電荷,電子和正電子相互接觸就會發生湮滅,并釋放出兩個高能光子,這個過程不到十億分之一秒的時間,也可以認為電子偶素的半衰期是非常短的。
科學家為了創建伽瑪射線激光,需要讓電子偶素進入超低溫的環境中,接近宇宙中最低的溫度,絕對零度,大約接近零下273攝氏度,此時電子偶素就會發生玻色-愛因斯坦凝聚,由于電子和正電子的自旋存在差異,因此電子和正電子相互作用湮滅后可產生多個光子,但是光子的總能量是一定的。此外,科學家還發現在大約每立方厘米10的18次方個原子時可支持激發伽瑪射線,這個數量聽起來挺多,但接近空氣密度。
早在1994年,貝爾實驗室的科學家就提出了伽瑪射線激光的概念,并且不斷嘗試新的方法來創建,比如一些射頻脈沖等,而在本項研究中科學家使用了玻色-愛因斯坦凝聚原理來創建伽瑪射線激光,相關原理發表在物理評論A刊上。
無論如何,人類追尋來自浩瀚宇宙的神秘能量———伽馬射線暴的勢頭不會因為一系列的疑惑而減少,相反,科學家會更加努力地去探索。作為天文學的基礎研究,這種探索對人們認識宇宙,觀察極端條件下的物理現象并發現新的規律都是很有意義的。
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