E＝mc2：人类首次直接观察到光转化为质量

　　机器之心报道

　　机器之心编辑部

　　高能离子 > 加速到 99% 光速进行碰撞 > 诱发强电磁场 > 产生虚光子 > 虚光子相互作用 > 产生真实光子（光）> 真实光子碰撞 > 电子 / 正电子对（物质）产生。

　　我们都知道爱因斯坦的质能方程式 E=mc^2。

　　

　　式中 E 为能量，m 为质量，c 为光速，后者是一切物质运动速度的最大极限。

　　1905 年，著名物理学家阿尔伯特?爱因斯坦创建了关于时空观的革命性的理论――狭义相对论，这是一个能够正确描述高速世界运动规律的理论。在讨论了高速运动中的空间与时间的关系后，爱因斯坦在关于狭义相对论的第二篇短文中论述了质量与能量的关系，其最引人入胜的含义之一是物质和能量是可以互换的。

　　

　　在理论推出后的几十年里，人类对于能量的应用升上了一个新的台阶：物质所具有的原子能比化学能大几百万倍以至一千万倍以上，不论是核反应堆还是核武器中的原子弹和氢弹，在发生反应的同时反应物的质量会减少一部分，质量可以转变成为能量。

　　但这只是应用的一半，换句话说，我们应该也可以从纯能量（例如光）中创造物质。这个过程被称为物质创造或配对产生，最早由物理学家格雷戈里?布莱特（Gregory Breit）和约翰?惠勒（John Wheeler）于 1934 年提出。然而，多年来它一直难以被实证，因为它需要极高能量的光子相互碰撞并产生电子 - 正电子对。

　　

　　近日，来自纽约布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的一组科学家报告了人们第一次直接观察到光一步产生物质。他们使用了相对论重离子对撞机 (RHIC)，这是一种强大的粒子加速器，可以以接近光速的速度粉碎重离子。通过这样做，他们创造了包含虚光子的强电磁场，虚光子是场中的短暂干扰，表现得像真实的光子。

　　

　　STAR 探测器专门跟踪相对论重离子对撞机 (RHIC) 每次离子碰撞产生的数千个粒子，STAR 重达 1200 吨，主要由 12 个子系统组成。

　　当两个离子在没有碰撞的情况下彼此擦肩而过时，它们的一些虚拟光子相互作用并变成具有很高能量的真实光子。然后这些光子相互碰撞并产生电子 - 正电子对，这些电子对被 RHIC 的 STAR 探测器探测到。科学家们分析了 6000 多个这样的对，发现它们的角度分布与光产生物质的理论预测相符。

　　

　　STAR 的主要科学目标是研究夸克 - 胶子等离子体 (QGP) 的形成和特征，夸克 - 胶子等离子体是一种被认为存在于足够高能量密度下的物质状态。检测和理解 QGP 可以让物理学家更好地理解大爆炸后的几秒钟内的宇宙，此时宇宙的目前观察到的对称性（和不对称性）已经建立。

　　该实验不仅证实了量子电动力学长期以来的预测，而且展示了一种研究极端条件下物质和反物质性质的新方法。目前，科学家们希望进一步探索这一现象及其对基础物理学和宇宙学的影响。

　　参考内容：

　　https://www.physics-astronomy.com/physics/for-the-first-time-scientists-observe-the-creation-of-matter-from-light/

　　https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=119023