El planteamiento es muy sencillo: chocar luz con luz y voilà, obtienes materia y antimateria. Decirlo es muy sencillo, pero en la práctica es un evento sumamente difícil de probar. No obstante, un equipo de científicos se ha adjudicado la primera observación de creación de materia a partir de la luz.

Conocido como Breit-Wheeler, este proceso predice que es posible crear materia a partir de la luz. El proceso describe la creación de un electrón (partícula) y un positrón (antipartícula), a partir de la colisión de dos partículas gamma, es decir, fotones de alta energía. Así lo estipularon sus dos autores hace más de ocho décadas, no obstante, hasta ahora no se había observado el proceso directamente en acción. Pero eso cambió recientemente, cuando un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven informó sobre la primera observación de creación de materia a partir de la luz. Publicaron sus resultados en un artículo de la revista Physical Review Letters, donde explican que los datos finales se obtuvieron a partir de su experimento en el Colisionador de Iones Pesados (RHIC).

colisión de fotones

Dos caras de una misma moneda

El proceso Breit-Wheeler es muy complejo, es la manifestación más clara de la equivalencia entre materia y antimateria, enunciada por Albert Einstein. La ecuación E=mc2 vino a revolucionar el mundo de la física, nos reveló que la energía y la materia son en realidad dos caras de la misma moneda. Y aunque su formulación teórica ha estado muy bien documentada, probar en laboratorio que es posible crear materia a partir de la energía de la luz, ha resultado sumamente complicada para los físicos.  

Pero gracias al Colisionador de Iones Pesados, que es el segundo colisionador más potente del mundo, se pudieron colisionar dos núcleos atómicos a velocidades exorbitantemente altas. Este colisionador utiliza campos electromagnéticos de gran potencia para acelerar las partículas con carga hasta que alcanzan una velocidad muy cercana a la de la luz. Una vez que se ha alcanzado esta gran cantidad de energía, se produce la colisión.

El equipo de investigadores celebró haber presenciado por primera vez el proceso Breit-Wheeler en laboratorio, aunque no todos los físicos de partículas están muy convencidos. Lucian Harland-Lang de la Universidad de Oxford y físico de partículas, ha argumentado que los fotones participantes no eran reales, sino virtuales.

¿Partículas virtuales o reales?

Las partículas virtuales son aquellas que aparecen sólo por breves instantes y no llevan sus masas normales. Dentro del colisionador de partículas, los núcleos atómicos viajan a velocidades cercanas a la de la luz antes de chocar entre sí. Pero estos núcleos están a su vez rodeados de campos electromagnéticos que tienen fotones asociados. Normalmente a estos fotones de campos electromagnéticos se les considera como virtuales. Sin embargo, en el experimento actúan como si fuesen reales debido a las altas velocidades a las que viajan.

crean materia a partir de luz

La nueva evidencia de la creación de materia a partir de la luz, proviene de la colisión de dos núcleos que simplemente se perdieron entre sí. Es decir que lo que sucedió fue que los campos electromagnéticos de ambos núcleos al alcanzar altas velcidades, se superpusieron y dos fotones de esos campos pudieron colisionar. En ese sentido, los investigadores buscaron el choque que arrojara un electrón y un positrón, es decir materia y antimateria.

Y aunque el equipo de investigación asegura que, aunque los fotones fuesen virtuales, se comportaron como reales y por lo tanto el experimento es genuino. Ya están trabajando para detectar el proceso Breit-Wheeler con láseres, que emiten fotones tan reales como la luz del sol.

Referencias:
Adam, J. (2021). Measurement of e+e− Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions. Physical Review Letters. 127 (5). DOI