Tratarán, por primera vez, de convertir la luz en materia

Ahora, 84 años después, un equipo de investigadores cree estar en condiciones de "obrar el milagro" de convertir luz en materia dentro de un laboratorio. Y están a punto de comenzar el experimento.

La idea de Breit y Wheeler parecía sencilla: si se hacen chocar dos fotones (dos partículas de luz), de esa colisión emergerán un positrón y un electrón, es decir, materia. Sin embargo, los dos investigadores avisaban que conseguir algo así sería imposible, señalando que sería "inútil tratar de observar la formación del par (de partículas) en experimentos de laboratorio".

Más recientemente, algunos científicos se han mostrado algo más optimistas, aunque todas las configuraciones presentadas para llevar a cabo ese experimento requerían la adición de partículas masivas de alta energía, algo que hasta ahora nunca ha sido observado ni dentro ni fuera de ningún laboratorio del mundo.

En 2014, sin embargo, un equipo de investigadores del Imperial College de Londres ideó un nuevo tipo de experimento que describió en un artículo de Nature Photonics y que eliminaba la necesidad de esas partículas de alta energía. Y ahora, cuatro años después, aseguran estar en condiciones de llevar a cabo ese experimento.

"Se trata de una demostración pura de la famosa ecuación de Einstein que relaciona la energía y la masa: E = mc2, que nos dice cuánta energía se produce cuando la materia se convierte en energía", explica el investigador principal y profesor de física Steven Rose. "Lo que estamos haciendo es lo mismo pero al revés: convertir la energía del fotón en masa, es decir, m = E / c2".

La configuración experimental, lo que el equipo llama un colisionador fotón-fotón, es un nuevo tipo de experimento de física, que involucra dos rayos láser de muy alta potencia. Uno de ellos tiene aproximadamente 1.000 veces la energía de los fotones que producen luz visible; el otro, cerca de 1.000.000 millones de veces la energía de un fotón.

Los dos láseres se combinarán para crear los fotones que más tarde se harán chocar entre sí. Al mismo tiempo, dentro de una cámara especialmente diseñada, se dispararán electrones contra una placa de oro para producir un segundo haz de fotones de alta energía. Otro potente láser se dirigirá al interior de un pequeño tubo de oro para crear un campo de radiación térmica.

Los haces de fotones se dirigirán después hacia ese pequeño tubo, donde las partículas de luz procedentes de ambas fuentes chocarán. Si todo funciona, los investigadores serán capaces de detectar positrones cargados creados a partir de la colisión. Y habrán creado, por lo tanto, materia a partir de la luz.

Todos los datos deberán ser verificados de forma exhaustiva para asegurarse de que los positrones no se hayan originado en algún otro proceso secundario. Si todo sale bien y el experimento funciona, no solo resultará sorprendente, sino que el trabajo ayudará a comprender un poco mejor cómo funciona el Universo.

"Cuando Gregory Breit y John Wheeler propusieron por primera vez el mecanismo en 1934 -explica Stuart Mangles, otro de los investigadores- utilizaron la entonces nueva teoría de la interacción entre la luz y la materia conocida como electrodinámica cuántica (QED). Desde entonces, todas las predicciones de esa teoría han sido demostradas experimentalmente. Todas menos el proceso Breit-Wheeler, que nunca ha sido visto".

"Si podemos demostrarlo ahora -prosigue el investigador- estaríamos recreando un proceso que fue importante en los primeros 100 segundos de existencia del Universo y que también se da en las explosiones de rayos gamma, que son las mayores explosiones del Universo y uno de los mayores misterios sin resolver de la física".

Por supuesto, el experimento también podría no funcionar. Pero incluso en ese caso, los investigadores no se desaniman, y aseguran que volverían a intentarlo, haciéndolo mejor.