이론적으로는 빛을 물질로 바꿀 수 있을 것이다. 하지만, 그것을 실현하는 것은 적어도 "말은 쉽지, 하기는 어렵다"이다.
이것이 이론화된지 84년이 지난 지금, 일부 연구자들은 그것이 가능할지도 모른다고 생각했다. 그리고 그 실험이 이제 막 시작되려고 하고있다.
이것은 브라이트-휠러 과정(Breit-Wheeler process)이라하고, 바로 아인슈타인의 특수 상대성 이론으로부터 유도 된 식 "E=mc2"를 말하고 있다.
- 빛으로 물질을 낳는다. 이론상은 가능하지만 실현 불가능?
이것이 최초로 기술된 것은 1934년으로, 그레고리 브라이트와 존 휠러의 논문에서이다.
논문에서 두 사람은, 2개의 광자(빛의 입자)를 충돌시키면, 양전자와 전자가 생긴다고 제창했다. 즉 빛과 물질이 생긴다는 것이다. 실행하는 것은 쉬운 일이 아니다. 실제로 브라이트와 휠러는 불가능하다고조차 생각했다.
- 광자 에너지를 물질로 바꾸는 도전
최근 과학자들은 좀 더 낙관적이다. 하지만 실험을 하기에는 엄청난 에너지의 입자가 필요하기 때문에, 현재는 실험실에서 관찰 된 적이 없다.
임페리얼 칼리지 런던의 연구팀이, 고 에너지 입자가 없어도 할 수있는 실험 장치를 고안 한 것은 2014년의 일이다. 그리고 마침내 곧 실험이 실제로 이루어지려고 하고있다.
"이것은 아인슈타인의 유명한 공식 E=mc2의 순수한 데모입니다"라고 물리학자 스티븐 로즈 교수는 설명.
"공식은 물질이 에너지로 바뀔때 생기는 에너지의 양을 말합니다. 우리의 실험은 같은 일을 반대 방향으로 하겠습니다. 광자 에너지를 물질로 바꾸는 것입니다. 즉 m=E/c2 입니다"
이 실험 설비는 광자 광자 충돌기라고 부른다. 2개의 초고출력 레이저를 이용하는 것으로, 하나는 가시광선을 만드는 광자 에너지의 1000배, 다른 하나는 100만 배의 에너지를 가진다.
레이저는 광자를 만들기 위해 사용되며, 이들을 서로 충돌시킨다.
우선 대상 챔버내에서 전자가 금판에 풀려지고, 고 에너지 광자 빔이 만들어진다. 그런 다음, 두 번째 고 에너지 레이저가 "호럼"이라는 작은 통에 발사되고, 열방사 공간이 만들어진다.
여기에 광자 빔을 통과하도록 돌리면, 두 발생원에서 발생한 광자가 충돌한다. 잘하면 이 충돌로 전하를 띤 양전자를 발견 할 수 있을 것이다.
그러나 데이터의 확인은, 양전자가 별도의 배경 프로세스에서 발생하지 않는다는 확증을 얻기 위해 매우 조심스럽게 진행되어야 한다. 그리고 성공하면, 그저 놀라움뿐만 아니라 우주의 이해도 한층 진행될 것이다.
"그레고리 브라이트와 존 휠러가 이 메커니즘을 1934년에 제창했을 때, 그들은 그것을 양자 전기 역학이라는 빛과 물질의 상호 작용의 새로운 이론으로 사용했습니다"라고 스튜어트 만글즈 박사는 말하고 있다.
"양자 전기 역학에 관한 다른 기본 예언은 모든 실험에서 입증되었지만, 두 광자 브라이트-휠러 과정은 한 번도 관찰되지 않았습니다. 그것을 입증 할수 있으면, 우주가 시작된 첫 100초라고 하는 중요한 순간이나 감마 선 폭발의 과정을 재현하는 것입니다. 그것은 우주에서 가장 큰 폭발이며, 물리학 최대의 미스터리 중 하나입니다"
잘되지 않을 가능성도 있다. 하지만, 그것만으로도 좋은 과학적 성과다. 실패하면 다음에는 더 잘 될수 있도록 고안할 수 있기 때문이다.
