宇宙大爆炸开始几分钟后，产生了物质和反物质的第一批粒子，现在我们熟悉从营火到原子弹一切事物中的相反过程：即物质产生能量，但很难再现从光到物质的关键转变。现在，加州大学圣地亚哥分校的阿列克谢·阿雷菲耶夫领导一个研究小组进行了一组新模拟，为利用光制造物质指明了方向。这一过程首先将高功率激光对准目标，以产生与中子星一样强的磁场。

这个场会产生伽马射线辐射，它们相互碰撞，在最短的瞬间产生物质和反物质粒子对。机械和航空航天工程副教授阿雷菲耶夫(Arefiev)表示：在发表在《物理评论应用》期刊上的这项研究提供了一种方法，东欧极限光基础设施(ELI)高功率激光设施的实验者可以效仿，在一到两年内产生真正的结果，其研究结果使科学家能够首次探索宇宙中的一个基本过程。

研究团队在相对论激光-等离子体模拟小组的同事们多年来一直在研究如何创造超强、定向的能量辐射光束，这项研究得到了国家科学基金会和空军科学研究办公室的部分支持。研究指出：实现这一目标的一种方法是将高功率激光对准一个目标，以产生一个非常强的磁场，从而释放出强烈的能量释放。瞄准密集目标的高强度、超短激光脉冲可以使目标变得“相对透明”，因为激光中的电子以非常接近光速的速度移动，有效地变得更重。

这可以防止激光的电子移动以保护目标不受激光照射。当激光推过这些电子时，它会产生一个与中子星表面引力一样强的磁场，比地球磁场强1亿倍以上。说这一切都是在一眨眼之间发生，一点都不夸张，磁场存在100飞秒(飞秒是十分之一秒-一千万亿分之一秒)。但是“从激光的角度来看，这个场是准静态的，话又说回来，从激光的角度来看，我们的寿命可能比宇宙的寿命更长。在这种情况下，高功率激光器是在数拍瓦范围内的激光器，一拍瓦是一百万瓦。

相比之下，太阳向地球整个高层大气提供了大约174拍瓦的太阳辐射，一支激光笔可以为Power Point幻灯片提供大约0.005瓦的功率。之前的模拟表明，激光器必须是高功率的，并且瞄准一个微小的光点，才能产生足够强的磁场所需的强度。新模拟表明，通过增加焦点的大小，并将激光功率提高到4拍瓦左右，激光的强度可以保持不变，仍然可以产生强大的磁场。模拟结果表明，在这些条件下，磁场的激光加速电子刺激了高能伽马射线的发射。

其中一个有趣的事情是（电子-正电子对产生）物质和反物质的成对粒子。这些粒子可以通过两个伽马射线束碰撞或一个伽马射线束与黑体辐射碰撞而产生，黑体辐射是一个吸收落在上面的所有辐射的物体。科学家们之前已经完成了从光到物质转变的壮举，特别是在1997年斯坦福大学的一次实验中，但那种方法需要额外的高能电子流，而新方法“只是用来产生物质的光”。

斯坦福大学的实验“大约每100次就会产生一对粒子”。一项仅用光创造物质的实验，更接近地模拟了宇宙最初几分钟的情况，为希望了解更多关于这一关键时间段研究人员提供了一个改进的模型。这项实验还可以为研究反物质粒子提供更多的机会，反物质粒子仍然是宇宙组成的神秘部分。例如，科学家们好奇地想要更多地了解为什么宇宙中的物质似乎比反物质多，而这两者应该是等量存在的。

博科园｜研究/来自：加利福尼亚大学圣地亚哥分校

研究发表期刊《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.054024

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