E = mc2 fiziğin en ünlü denklemlerinden biri. Belki de en ünlüsü. Enerji ve kütle arasında olan bağı anlatıyor. Yani fotonların sahip olduğu enerji fiziksel yollarla maddeye dönüşebilir. Ama fiziksel olarak bu gerçekten yapılabilir mi?
İşin teorisi 80 seneden fazladan beri önümüzde duruyor ve bize mümkün olduğunu söylüyor. Ama deneysel olarak bunu doğrulamak hiçbir zaman mümkün olmadı. Zaten teorinin sahipleri Gregory Breit ve John Wheeler 1934’te olayı doğruladıkları zaman elde edilmesi gereken enerji miktarını göz önünde bulundurarak hiçbir zaman deneysel olarak doğrulanmasını beklemediklerini söylemişlerdi.
Teorik olarak iki çok enerjik fotonu “çarpıştırarak” elektron ve anti-elektron elde edilebilir. Ancak böyle bir olayın meydana gelme olasılığı oldukça az ve olayın kendisini gerçekleştirmek de bir o kadar zor. Zaten 1934ten böyle bir deneyin yapılamamış olması da bundan ötürü. Temelde, basit olarak yapılması gereken şey Cern’deki proton-proton çarpıştırıcısı gibi bir foton-foton çarpıştırıcısı inşa etmek. Ancak fotonlar kütlesiz oldukları ve inanılmaz küçük oldukları için protonlar gibi çarpıştırmak bu zamana kadar mümkün olmadı ve hep imkansız gibi geldi. Ancak bu çarpışmaların doğada gama ışını patlaması, süpernova ve hypernova gibi olaylarda olduğunu biliyoruz. Tabii bu çarpışmaları gözlemleyip ortaya çıkan sonuçları inceleme şansımız yok. Bu sebeple kontrollü bir deney ortamında gerçekleştirmek gerekiyor.
Deneyi yapmaya karar veren gruptan olan, Imperial College London üniversitesinden Oliver Pike’ın dediği gibi “her ne kadar teori konsept olarak basit olsa da deneysel olarak doğrulamak çok zor. Tartışmalar sonucunda çarpıştırıcının dizaynını kararlaştırmak da oldukça çabuk oldu ancak bu çarpıştırıcıyı inşa ve dizayn etmek çok daha karmaşık.” Aslında araştırma grubu füzyon enerjisi üzerine problemden bağımsız bir konu üzerine çalışırken bu çarpıştırıcı yapabilme ihtimalini görüyorlar. Yüksek enerjili lazerleri kullanarak elektronları ışık hızının hemen altında bir limite kadar hızlandırıp bir altın parçasına yönlendirerek çarpıştırıp görünebilir ışıktan milyar kat fazla enerjili ışık demetleri elde edilmesi gerekiyor. Aynı anda başka bir lazer ışını boş bir kaba (altından bir kap “hohlraum”) yollanıp, bu kabın içerisinde fotonların etkileşerek radyasyon alanı oluşturmları gerekiyor. Diğer foton demetimizi de bu kabın merkezine hedeflersek iki kaynaktan oluşan fotonlar arasındaki etkileşimden elektron anti-elektron çiftlerinin oluşup oluşmadığını gözlemleyebiliriz.
Eğer bu gerçekleştirilebilirse yüksek enerji fiziğinden tamamen yeni bir deney olacak. Aynı zamanda ışık ve madde arasındaki etkileşimdeki bilmecenin son parçası da tamamen çözülmüş olacak. Altı farklı diğer ışık-madde etkileşimleri, Dirac’ın elektron-pozitron teorisi, Einstein’ın fotoelektrik teorisi dahil olmak üzere hep Nobel ödülü ile ödüllendirildi. Yani, eğer deney başarıya ulaşırsa konuya yeni bir Nobel ödülü daha gelebilir. Gelecek seneden itibaren başlayacak olan deneyleri bekleyip sonucu göreceğiz.
Kaynaklar
1) http://www.redorbit.com/news/science/1113149146/decades-old-theory-light-into-matter-proven-051914/#FOd0BOPMfAhy65pY.99
2) http://www3.imperial.ac.uk/newsandeventspggrp/imperialcollege/newssummary/news_16-5-2014-15-32-44
