През 50-те години на миналия век физикът Ойген Сенгер предположи, че ако материята може да бъде напълно преобразувана в частици светлина или фотони, тогава самите фотони могат да станат източник на енергия за ускоряване на ракета до междугалактически скорости. Но тогава се смяташе за научна фантастика, а през последните години тази хипотеза отново придоби популярност.
За да създаде перфектния лазер, екип от учени разработва технология, която може да поддържа кохерентни гама лъчи, най-енергийната форма на светлина в нашата вселена. Ако физиците могат да създадат кохерентни гама лъчи по същия начин, по който конвенционален лазер произвежда кохерентни лъчи видима светлина, тогава технологията може да даде възможност за междузвездно пътуване. Въпреки че гама лазерът все още е концепция, той се смята за един от най-важните проблеми във физиката, пише Popular Mechanics.
Проблемът с гама лазерите
Гама лъчите, които хората не могат да видят, се произвеждат по време на експлозии на свръхнова и също се излъчват от невронни звезди със силни магнитни полета - пулсари. Гама лъчите пътуват през пространството със скоростта на светлината и имат най-къси дължини на вълните и най-висока честота и следователно попадат в най-крайния край на електромагнитния спектър. От изобретяването на първия лазер през 1961 г. учените се научиха как да стабилизират гама лъчите в кохерентен лъч, необходима стъпка в развитието на всяка лазерна технология.
Традиционният лазер възбужда електрони в газ, течност или твърдо вещество, за да освободи кохерентно лъчение. Фотонните емисии са синхронизирани едно с друго и заедно създават по-силен ефект. Това е различно от светлината, която излъчва крушка с нажежаема жичка, тъй като нейното излъчване не е кохерентно или произволно, в зависимост от това кои атоми са възбудени във всеки един момент. За да създадат кохерентни гама лъчи, физиците трябва да манипулират огромен брой атомни ядра във възбудени състояния, известни като изомери.
Учените трябва да проучат какво се случва, когато плътни лъчи от бързи електрони се сблъскат със силно лазерно поле, за да освободят високоенергийна светлина. Точно с това се занимават в момента физици от университета в Рочестър, САЩ, заедно с учени от изследователския център ELI Beamlines в Чехия. Според учените те не са първите, които се опитват да създадат гама лъчи по този начин. Но новото изследване използва квантовата електродинамика, което е авангарден подход за решаване на този проблем.
Физиците ще анализират как един или два електрона излъчват светлина. В крайна сметка те се надяват да работят с много електрони, за да произведат кохерентни гама лъчи. Ако учените могат да разберат как да поддържат лъча кохерентен и стабилен за дълги периоди от време, гама лъчите могат да се превърнат в нов източник на енергия за създаване на антиматерия. Това е материя, която има противоположен електрически заряд.
Гама лазери и междузвездни пътувания
Новото изследване се основава на по-ранна научна работа, която изследва кохерентните гама лъчи. Например, през 2012 г. група физици предложиха задвижване на космически кораб с помощта на гигаелектронволтов гама лазер. Тоест, това е проект за фотонна ракета, която работи чрез унищожаване на материя и антиматерия, както предложи Зенгер. Учените предполагат, че тази идея може да бъде реализирана.
Принципът на действие е следният. Протоните и антипротоните ще се унищожат един друг, създавайки мощен изблик на гама радиация. След това фокусиран лазерен лъч от концентрирани гама лъчи ще бъде изстрелян вътре в космическия кораб и ще създаде "фотонна лавина". Магнитното поле ще поеме импулса на отката на лъча и ще го прехвърли към космическия кораб, осигурявайки му тяга.
През 2020 г. физици в друго изследване на гама лъчи за задвижване на космическа ракета предложиха начини за използване на водородно гориво за генериране на необходимата мощност.
Кога хората ще могат да стигнат до съседната галактика?
Но преди хората да могат да пътуват до следващата галактика с помощта на космически кораби, захранвани с гама-лъчи, учените трябва да преодолеят проблема с кохерентността на лъча. През 2019 г. американски физици проведоха експеримент с позитроний (съдържа позитрони, тоест антиподите на електроните и електроните) и свръхфлуиден течен хелий. Това е форма на хелий, подобна на свръхпроводник, без съпротивление, вискозитет или триене. Хелият осигурява защита на позитрония. Взаимодействието на позитроните произвежда гама лъчи, ако те остават в квантово състояние, известно като кондензат на Бозе-Айнщайн.
Един от проблемите при разработването и стабилизирането на гама-излъчващи изомери е, че те освобождават енергията си твърде бързо, за да поддържат голяма популация от изомери наведнъж. За щастие, някои изотопи на химични елементи могат да произвеждат по-енергични гама лъчи с по-малко енергия, необходима за поддържане на техните изомери, и физиците ги разглеждат като потенциално решение на проблема с кохерентния лъч.
Следващото поколение гама-лазери може да попречи на хората да пътуват до съседната галактика Андромеда в продължение на десетилетия, но ако основната технология бъде разработена, пътуването може да е възможно в по-далечното бъдеще.
Превод: GlasNews
