گروهی از پژوهش‌گران توانسته‌اند با به‌کارگیریِ لیزرهای بسیار پرتوان، جت‌های الکترون-پوزیترون بسازند. این روشِ نوین کمک می‌کند که چنین جت‌هایی را در زمانی کوتاه‌تر و در آزمایش‌گاه‌هایی با ابعادِ بسیار کوچک‌تر از شتاب‌دهنده‌ها بسازیم و آن‌ها را از نزدیک موردِ مطالعه و بررسی قرار داده، و به پرسش‌هایی در زمینه‌ی فیزیکِ پلاسماها و نیز فیزیکِ ذرات و پادذرات، پاسخ دهیم.

سیاه‌چاله‌ها و تَپ‌اخترها (پالسارها) به طورِ پیوسته جت‌هایی چگال، متشکل از الکترون و پوزیترون (پادذره‌ی الکترون) از خود گسیل می‌کنند. با این وجود بسیاری از ویژگی‌های مهم و اساسی درباره‌ی جت‌های ذرات، هم‌چنان ناشناخته مانده است: این جت‌ها به طورِ دقیق از چه ذراتی تشکیل شده‌اند؟ چه میزان انرژی در بر دارند؟ ذراتِ موجود در جت‌ها چگونه با دنیای کم‌چگالِ بیرون اندرکنش می‌کنند؟ پاسخ‌گفتن به این پرسش‌ها دشوار است چراکه انجامِ اندازه‌گیری‌ها بر روی سامانه‌های اخترفیزیکی، تنها به صورتِ غیرِ مستقیم و از راهِ دور ممکن است: نزذیک‌ترین جت، بیش از 10²⁴ مایل از ما فاصله دارد. اما همان‌گونه که جیانلوکا ساری (Gianluca Sarri) از دانش‌گاهِ کویین در بِلفاستِ ایرلندِ شمالی به همراهِ هم‌کارانش به Physical Review Letters گزارش کرده‌اند، به‌کارگیریِ روشی نوین و رومیزی در تولیدِ جریان‌های الکترون-پوزیترون می‌تواند امکانِ انجامِ اندازه‌گیری‌ها و مشاهده‌هایی از فاصله‌ی نزدیک‌تر را فراهم کرده و بازتولیدِ جریان‌های ماده-پادماده در آزمایش‌گا‌ه‌هایی با ابعادِ کوچک‌تر را ممکن کند.

رصدخانه‌ی پرتوی ایکس چاندرا در ناسا/ مرکز اخترفیزیک هاروارد-اِسمیتسونیَن

ساری و هم‌کارانش لیزری در دانش‌گاهِ میشیگان را به‌کار گرفته‌اند که توانِ آن یک کوادریلیون‌وات (10¹⁵ وات) بوده و هرکولس (HERCULES) نام دارد. اعضای این گروهِ پژوهشی توانسته‌اند به کمکِ این لیزر، گازی خنثی را یونیده‌کرده و پرتوی الکترونیِ بسیار پرانرژی‌ای تولید کنند. آن‌ها با بمب‌باران‌کردنِ مس، قلع و تانتال و نیز راندنِ هدف‌ها به وسیله‌ی این پرتو، جریان‌هایی چگال از الکترون و پوزیترون با سطحِ مقطعِ بسیار نازک تولید کرده‌اند. در مقایسه با شتاب‌دهنده‌های بزرگ‌مقیاسِ ذرات که هم‌اینک برای تولیدِ جتِ ذرات رایج بوده و مقیاسی در حدِ چندین کیلومتر دارند، به کمکِ این روشِ نوین می‌توان در زمانِ کوتاه‌تر، جت‌هایی با تپ‌های چگال‌تر تولید کرد.

این روشِ نوینِ مبتنی بر لیزر که در ابعادی کوچک‌تر از یک متر قابل اجراست هم‌چنین این توانایی را دارد که به طورِ هم‌زمان جت‌ها و پلاسماها را شکل دهد، کاری که به سادگی با دیگر روش‌ها قابل انجام نیست. به این ترتیب می‌توان با به‌کارگیریِ این چیدمانِ ساده، برهم‌کنشِ میانِ جت‌ها و پلاسماها را در آزمایش‌های کنترل‌شده‌ی درون‌آزمایش‌گاهی، ردیابی و بررسی کرد. چنین پژوهش‌هایی می‌تواند ما را به پاسخِ برخی از پرسش‌های اساسی درباره‌ی پادماده، جت‌های اخترفیزیکی و سرانجام، فیزیکِ سیاه‌چاله‌ها و تپنده‌ها نزدیک‌تر کند.

منبع:

http://physics.aps.org/synopsis-for/print/10.1103/PhysRevLett.110.255002