Dienstag, 01 Februar 2022 08:00

Antimaterie aus der Laserzange

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Die Aufnahmen zeigen, wie sich die Dichte des Plasmas (hier schwarz-weiß dargestellt) während der Bestrahlung mit zwei gegenläufigen Hochintensitäts-Laserpulsen zeitlich entwickelt. Die bei diesem Prozess entstehende hochenergetische Strahlung ist als Gamma-Photonen-Dichte farbig hervorgehoben. Diese Photonen befinden sich ab dem Zeitpunkt des Aufeinandertreffens beider Laser so dicht beieinander, dass sie zusammenstoßen und dabei Materie-Antimaterie-Paare erzeugen können.

Ein internationales Physikteam unter Mitwirkung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) hat ein neues Konzept vorgeschlagen, mit dem sich Extremprozesse, wie sie z.B. in Neutronensternen oder schwarzen Löchern herrschen, künftig im Labor untersuchen lassen könnten. Basis des neuen Konzepts wäre ein winziger Block aus Kunststoff, durchzogen von mikrometerfeinen Kanälen.

Er fungiert als Zielscheibe für zwei Laser. Diese feuern simultan ultrastarke Pulse auf den Block, einer von rechts, der andere von links, der Block wird regelrecht in die Laserzange genommen. Wenn die Laserpulse in die Probe eindringen, beschleunigt jeder von ihnen eine Wolke aus extrem schnellen Elektronen. Diese beiden Elektronenwolken rasen dann mit voller Wucht aufeinander zu und interagieren mit dem ihnen entgegenkommenden Laserpuls.

Der anschließende Zusammenprall ist so heftig, dass extrem viele Gamma-Quanten entstehen, Lichtteilchen mit einer Energie, die sogar noch höher als die von Röntgenstrahlung ist. Diese kollidieren miteinander und Lichtenergie verwandelt sich in Materie, es entstehen Elektron-Positronen-Paare. Den Prozess begleitende starke Magnetfelder würden die Positronen zu einem Strahl bündeln und sie stark beschleunigen. Auf einer Strecke von nur 50 Mikrometern sollten die Teilchen eine Energie von einem Gigaelektronenvolt (GeV) erreichen können. Eine Größe, für die es für gewöhnlich einen kompletten Teilchenbeschleuniger braucht.

Erste Tests zur Prüfung des Konzepts könnten in Hamburg stattfinden: Dort steht mit dem European XFEL der leistungsstärkste Röntgenlaser der Welt. Für die Astrophysik wie auch für die Kernphysik wäre das Konzept hilfreich, denn mit ihm ließen sich verschiedene Phänomene zumindest ansatzweise im Labor simulieren, wodurch sie dann besser verstanden werden könnten.