3人の理論物理学者は、科学者が現在の技術を使って来年中に純粋な光*から物質を作り出すことができるようになるだろうと予測している。
光から物質を作るという考えは突飛なものに聞こえるかもしれないが、これは量子電気力学の理論からの重要な予測であり、宇宙の最初の 100 秒間に進行していたプロセスと同じものである。
1934年、グレゴリー・ブライトとジョン・ウィーラーという2人の米国の科学者が、2つの光子を単純に衝突させるだけで電子と陽電子が生成されるという理論的な方法を説明したが、当時は研究室でそれが実現できる可能性は低いと考えていたと記していた。
二人の物理学者は、これが光を物質に変換する最も簡単な方法だと考えました。数学的にはうまくいきましたが、実験的に証明するための技術がまだ存在していませんでした。
現在、インペリアル・カレッジ・ロンドンの研究者と、英国を訪れていたドイツのマックス・プランク原子核物理学研究所の研究者が、わずか1日で「コーヒーを何杯も飲みながら」それを実現する方法を考案したと主張している。
彼らは核融合エネルギーの研究をしていたが、その研究がブライト＝ホイーラー理論にも応用できることに気づきました。彼らは、新しいタイプの高エネルギー物理学実験、すなわち光子-光子衝突型加速器を提案しました。まず、科学者たちは極めて強力な高強度レーザーを用いて電子を光速のすぐ下まで加速します。この電子を金の板に照射することで、可視光の10億倍ものエネルギーを持つ光子ビームを生成します。
衝突型加速器を完成させるには、科学者たちは「空洞」を意味するドイツ語「hohlraum」と呼ばれる、小さな金製の円筒形の空洞容器を必要とします。もう一つの高エネルギーレーザーを空洞容器の内面に照射し、恒星の放射光に似た熱放射場を作り出します。最初の光子ビームを容器とこの熱放射場に照射すると、2つの光源からの光子が衝突し、電子とその反物質である陽電子が生成されます。
研究者たちは、一回の撮影で約10万個のペアを捉えられると見積もっており、それらは空洞から出た瞬間に検出できる可能性がある。ブライト＝ウィーラー理論の実証は、光と物質の最も単純な相互作用の仕組みを記述するために必要な最後の研究となり、物理学最大の謎の一つであるガンマ線バースト（宇宙最大の爆発）の解明にも役立つだろう。
「物理学者全員がこの理論を真実だと認めているにもかかわらず、ブライトとウィーラーが初めてこの理論を提唱した時、彼らは実験室でそれが証明されるとは思ってもいなかったと言っていました。それから80年近く経った今日、私たちは彼らの誤りを証明しました」とスティーブ・ローズ教授は述べた。
「英国が現在保有する技術を用いて、光から直接物質を作り出す方法を発見できたことは、私たちにとって非常に驚きでした。私たちは理論家なので、現在、私たちのアイデアを活用してこの画期的な実験に着手できる他の研究者と協議を進めています。」
彼らの論文はNature Photonics ®に掲載されました。
* 論文の著者らが指摘するように、光から物質が生成される「実験的特徴」は過去にも検出されたことがあるが、それはレーザー光線と組み合わせた「質量を持つ粒子」を用いた場合に限られていたことは注目すべき点である。もしこの実験が成功すれば、「純粋な光」（すなわち光子同士の作用）から物質が生成される初めての事例となる。
