ProfielWie ben ikMijn interessesMijn poëzieBerichtenVriendenBeheer

Wetenschappers werken aan een manier om licht in materie om te zetten

Kan men licht in materie omzetten door Einstein's formule om te draaien?
door Tsenne Kikke - woensdag 26 september 2018 23:02

Sinds de ontdekkingen van Albert Einstein weten we dat materie in energie kan worden omgezet. Zijn bekende vergelijking, E = mc², bepaalt hoeveel energie er in een bepaalde massa aanwezig is. Maar, kan energie materie voortbrengen?

Overal ter wereld wordt daaraan gewerkt. Britse wetenschappers, bijvoorbeeld, hadden reeds in 2014 een experiment ontworpen waarmee energie omgezet kan worden in massa. Gesprekken met andere onderzoeksgroepen hadden moeten leiden tot de daadwerkelijke uitvoering ervan, maar de fondsen ontbraken.

E = mc²
 
Albert Einstein's meest bekende vergelijking beschrijft dus de relatie tussen de massa van een object en de energie die binnen deze massa aanwezig is.

Wanneer energie vrijkomt uit een object, betekent dit dat de massa ervan afneemt. In de praktijk komt dit principe vooral terug in de vorm van reacties, die resulteren in een afname van de massa en in het vrijkomen van energie. De formule laat zien dat een klein beetje massa al heel veel energie oplevert. Kernreactoren en atoombommen, zoals gebruikt in Hiroshima, zijn voorbeelden van deze vorm van energieopwekking.

Zo maken kerncentrales gebruik van de afname in massa van een bepaalde stof, waarbij een enorme hoeveelheid energie vrijkomt. Vaak gebeurt dit door de splitsing van de kern van een groot atoom, bijvoorbeeld: een uraniumkern. Een beetje uitleg daarover...

Een atoomkern bestaat uit protonen en neutronen, die bij elkaar gehouden worden door een derde kracht: de zogenoemde 'sterke kernkracht'. Deze kernkracht kan er ook voor zorgen dat er een extra neutron in de kern ‘gevangen’ wordt. Hierdoor wordt de eerst stabiele atoomkern plots instabiel. Als het extra neutron met genoeg snelheid wordt ingevangen, splitst de atoomkern zich in twee nieuwe kernen van min of meer willekeurige grootte. Slechts 0,1% van de massa van een uraniumkern wordt hierbij omgezet in energie, maar omdat de massa (m) in deze vergelijking van E = mc² wordt vermenigvuldigd met de lichtsnelheid in het kwadraat (c2 = 3×10^8)2) is de energieopbrengst toch zeer groot.

Tijdens zo'n splitsing komen er bovendien gemiddeld drie neutronen vrij, die dan weeral gevangen kunnen worden door andere uraniumkernen. Deze zullen op hun beur alweer splitsen en weer nieuwe neutronen opleveren. Zo ontstaat er een kettingreactie, en dit veroorzaakt een grote hoeveelheid snel vrijkomende energie, gekend onder de naam van kernenergie.

Van licht naar materie

E = mc² laat dus zien hoeveel energie er vrijkomt bij een daling in massa. Maar, je kunt met de vergelijking ook berekenen hoeveel massa er kan ontstaan uit een bepaalde hoeveelheid energie door de vergelijking om te draaien: m = E/c2.

Dit idee werd tachtig jaar geleden al geopperd door de natuurkundigen Gregory Breit en John Wheeler, die stelden dat het mogelijk was om energie in de vorm van licht om te zetten in materie. Hiervan dachten zij echter dat het een te complex proces was om in de praktijk uit te voeren, mede omdat er relatief veel energie nodig is om een klein beetje massa te verkrijgen.
 
tekst foto: Schematische weergave van het proces om licht in materie om te zetten. Elektronen, versneld tot bijna de lichtsnelheid, botsen met goud waarna gammastraling ontstaat. Deze worden door een zogenoemde hohlraum gestuurd, botsen daar met andere gammastraling. Daarbij ontstaan elektronen en positronen.

Fotonenbotsingen

Inmiddels is de technologie veel geavanceerder geworden, waardoor Professor Steve Rose van het 'Imperial College' in Londen samen met PhD-student Oliver Pike wél een proces kon ontwerpen waarbij licht wordt omgezet in materie.

Lasers met hoge intensiteit versnellen daarbij elektronen tot bijna de lichtsnelheid. De elektronen botsen tegen een gouden plaat, waardoor gammastralen ontstaan. Net als gewoon licht zijn gammastralen bundels fotonen, energiedragers van elektromagnetische straling, maar dan met een hele hoge energiewaarde. In dit experiment worden fotonen opgewekt met een miljard keer meer energie dan fotonen in normaal licht.
 
afbeelding : Een zogenoemde hohlraum die kan worden verhit met een laser, waarbij energierijke gammastralen ontstaan in de holte van de cilinder.
 LLNL

Een krachtige laser verhit vervolgens een hohlraum: een holle, gouden buis. Dit levert opnieuw verschillende energierijke fotonen op, ditmaal in de buis. Wanneer de gammastralen uit de vorige stap op het midden van de verhitte hohlraum gericht worden, kunnen botsingen plaatsvinden tussen de beide fotonenstromen.

Als deze botsingen resulteren in elektronen en hun antideeltjes positronen, zouden Rose en Pike bewijs hebben voor de omkeerbaarheid van Einstein's formule. Elektronen en positronen hebben een massa en zijn daarom materie; dit, in tegenstelling tot gewichtloze fotonen. Deze massa kan alleen ontstaan bij dergelijke fotonenbotsingen omdat er zeer veel energie voor nodig is. De term 'c2' in m = E/c2 staat voor een dusdanig groot getal, dat de energiewaarde 'E' wel zeer groot moet zijn om massa te kunnen vormen. In fotonen van gewoon licht is hiervoor bij lange na niet genoeg energie aanwezig.

Oerknal

Het ontwerp voor het experiment werd indertijd gepubliceerd in het maandblad 'Nature', maar Rose en Pike zijn nog immer in gesprek met andere onderzoeksgroepen om het daadwerkelijk uit te voeren. Resultaten hiervan zullen voorlopig geen praktische toepassingen opleveren, omdat ook dit proces teveel energie kost om commercieel succesvol te zijn. Ze kunnen echter wel bijdragen aan het inzicht in de opbouw van het universum, en het ontstaan van de eerste materie, die vermoedelijk ook volgens dit principe plaatsvond tijdens de oerknal.

Anderzijds verscheen in januari van dit jaar het bericht, dat de Chinese fysicus Ruxin Li, samen met zijn collega's, in een laboratorium in Shangai, met de meest tot nog toe ongeziene krachtige pulsaties van laserstralen records aan het verbreken waren. Indien je op deze link klikt, lees je er alles over.

In wezen komt het basisidee op hetzelfde neer als hetgeen je daarnet hebt gelezen. Ook daar werd er met lenzen en spiegels gewerkt, maar met meest wonderbaarlijke is wel dat ze in staat zijn geweest om pulseringen te creëren van 5.3 miljard Watt. Doch, ondanks het feit dat ze zo hoog waren, moet er wel worden bij gezegd dat zo'n pulsatie minder dan één triljoenste van een seconde in beslag nam. Ook hopen ze om op het einde va dit jaar de wattage tot 10 miljard te kunnen opdrijven, hetgeen overeenkomt met 1.000 maal de kracht van alle wereldse elektriciteit centrales tezamen. Ongelooflijk, hé!

Nu maar afwachten of het hen daadwerkelijk lukt om uit licht materie te creëren... 'k Ben écht benieuwd!

Bron: Kennislink - Bob Steenuis

Ja!... Spiritualia is er speciaal voor jou; dit, dankzij enkele sponsors!

Maar, er is nog immer nood aan meerdere: niet enkel en alleen om de zware kosten van deze website te helpen dragen, maar vooral om met-ter-tijd een budget te vergaren waardoor de website naar buiten toe beter kan worden gepromoot, en dus nog een véél groter publiek zal kunnen aantrekken, inclusief meerdere interessante vrijwillige bloggers, misschien. En, sponsoren kan al vanaf 1 euro - maar, hoe meer nulletjes achter het cijfer 5 hoe beter! :-) Meer info, of interesse?.... Klik op deze link.

Indien je een zelfstandige bent, kan je jezelf via Zoek&Vind aanmelden. En jawel: als je geen behoefte hebt aan klandezie of naambekendheid kan het natuurlijk ook volledig gratis, zolang deze website blijft bestaan. Denk daarbij: "Dankzij die enkele sponsors..." :-)

Commentaar


Wees de eerste om te reageren!

Reageer


Opgelet: momenteel ben je niet ingelogd. Om onder jouw eigen naam te posten kun je hier inloggen.

Mijn naam:    
Mijn e-mail adres:    
Mijn commentaar:
Verificatie:
Typ de code hierboven in:
 


School voor ontwikkeling van De Innerlijke Mens


Adverteer op Spiritualia
Adverteren
Zoek&Vind
Meer
Spiritualia
Contact
Copyright © 2008-2019 Spiritualia. Alle rechten voorbehouden. | Privacy Statement | Gedragscode | Algemene Voorwaarden | Auteursrecht