【科普文分享】逾 80 年來首確認光子高速碰撞　可產生物質與反物質／小肥波

／／上月尾刊於 Physical Review Letters 的研究指，美國 Brookhaven 國家實驗室成功用相對論性重離子對撞機 (RHIC) 直接觀察到 Breit-Wheeler 過程，即光子可通過強力撞擊結合，變成物質與反物質。

Breit-Wheeler 過程在 1934 年由物理學家 Gregory Breit 和 John A. Wheeler 首次提出，理論指兩個光子可通過強力撞擊結合，有可能變成物質與反物質，形成電子和正電子。這種把光變成物質的過程是愛因斯坦狹論相對論中質能方程式 E=mc² 的直接反映，表明能量和質量是可以互相轉化。長期以來，學界都期望通過超強功率的激光碰撞來觀測過程，然而兩個光子發生碰撞的概率非常低，其所需的最低激光功率仍然比目前功率最高的激光系統要高幾個數量級。

有参與研究的 Brookhaven 國家實驗室物理部教授許長補指，當年 Breit 和 Wheeler 提出理論時，激光還未被發明，他們提出替代方案，通過加速重離子到相對論能區並碰撞來實現光生物質， RHIC 正是為此而設。

RHIC 啟動後會加速離子，電子會從元素的原子核剝離。由於電子帶負電荷而原子核內的質子帶正電荷，將電子剝離會使原子核帶正電荷。元素越重，擁有的質子越多，生成的離子正電荷就越強。

團隊使用了包含 79 個質子和強大電荷的金離子做測試。當金離子被加速到非常高的速度時，會產生一個圓形磁場，強度可以與對撞機中的垂直電場一樣強大，兩者相交的地方，出現相等磁場可產生電磁粒子或光子。許解釋，當離子以接近光速的速度運動時，金原子核周圍會有一堆光子，像雲一樣隨其移動。

在 RHIC 中，金離子會被加速到光速的 99.995% ，即使兩個離子彼此錯過時，產生的光子雲仍可互動碰撞；雖然無法檢測到碰撞本身，但產生的正負電子對可以顯示碰撞曾經出現。然而，僅僅檢測正負電子對並不足夠。因為電磁互動作用產生的光子是虛擬光子，會短暫地出現和消失，並且沒有與「真實」對應物相同的質量。

為了完全確認 Breit-Wheeler 過程出現，團隊分析了 6,000 多對正負電子的角度，比較每一電子對的質量和角分布是否與理論所上的光子碰撞一致。另一参與研究的物理學家 Daniel Brandenburg 補充，團隊也測量了系統的所有能量、質量分佈和量子數，確定如 Breit 和 Wheeler 最初預測一樣，光子碰撞可直接產生物質與反物質。

來源：
Science Alert, Physicists Detect Strongest Evidence Yet of Matter Generated by Collisions of Light, 10 August 2021

報告：
Adam, J. Adamczyk, L., Adams, J.R. & et al. (2021). Measurement of e+e− Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions. Phys. Rev. Lett. 127, 052302 – Published 27 July 2021. doi: 10.1103/PhysRevLett.127.052302

文／Alan Chiu／／

【科普文分享】首探測黑洞​​後光回波　再證廣義相對論正確／小肥波

／／最新刊於《自然》的研究指，首次探測到來自黑洞​​後面的光回波 (luminous echo) ，再次證明愛因斯坦的廣義相對論正確。

團隊研究的是距我們 8 億光年遠的 I Zwicky 1 螺旋星系中心的一個超大質量黑洞發出的 X 射線，並發現到該意想不到的現象。

除了預期來自黑洞前方的 X 射線閃光外，團隊還從最初無法定位的起源檢測到一些光回波。更奇怪的是，這些光回波較小、觀察到的時間稍為晚，並且與從黑洞前面看到的耀斑具有不同顏色。

團隊很快意識到這些光回波是從該超大質量黑洞後方傳來，再次證明廣義相對論所說正確。史丹福大學天體物理學家 Dan Wilkins 解釋，進入黑洞的任何光都不會出來，所以我們理應看不到黑洞後面的任何東西；團隊能看到來自黑洞背後的光，是因為黑洞正在扭曲空間、屈曲光線並扭曲自身周圍的磁場。

愛因斯坦的廣義相對論描述了大質量物體如何扭曲宇宙結構，亦稱為時空 (space-time) 。愛因斯坦發現，引力不是由看不見的力產生，而只是我們在物質和能量存在下時空彎曲和扭曲的經驗。

這個彎曲的空間為能量和物質的運動方式設定了規則。就算光沿直線傳播，穿過高度彎曲如黑洞周圍空間的時空區域，光也將沿曲線傳播，在這種情況下，就可從正面見到來自背面的光。

這不是天文學家第一次發現這種稱為「重力透鏡效應 (gravitational lensing) 」的黑洞扭曲光，但這是學界首次直接看到來自黑洞​​後面的光回波。

團隊最初並不打算證實愛因斯坦於 1915 年發表的廣義相對論。相反，他們希望使用歐洲太空總署的 XMM-牛頓和美國太空總署的 NuSTAR 太空望遠鏡來觀察黑洞事件視界 (event horizon) 外形成的超熱粒子雲發出的光。

該些超熱雲繞著黑洞，並在落入黑洞時被加熱。團隊稱，超熱雲的溫度可以達到攝氏數百萬度，將粒子雲變成磁化等離子體，電子會從原子上甩出。黑洞的旋轉則會導致離子體的組合磁場在黑洞上方形成弧狀並最終破裂，從而釋出 X 射線。 Wilkins 指，這個磁場被束縛，然後靠近黑洞，加熱周圍的一切，並產生高能電子，然後繼續產生 X 射線。

團隊下一步將更詳細地研究光線如何在黑洞周圍彎曲，並研究產生這種明亮 X 射線閃光的方式。

來源：
Live Science, Light from behind a black hole spotted for 1st time, proving Einstein right, 29 July 2021

報告：
Wilkins, D.R., Gallo, L.C., Costantini, E. & et al. (2021). Light bending and X-ray echoes from behind a supermassive black hole. Nature 595, 657–660 (2021). doi: 10.1038/s41586-021-03667-0／／

《MIT Tech麻省理工科技評論》4/25

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一個天文學家團隊使用 9 架望遠鏡發現了一個來自太陽最近的比鄰星 (Proxima Centauri) 的極端爆發或耀斑。他們的研究成果已發表在《The Astrophysical Journal Letters》上，它將有助於指導尋找太陽系以外的生命。 ​​​

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英特爾公佈 2021 財年第一財季財報。報告顯示，英特爾第一財季營收為 197 億美元，與上年同期的 198 億美元相比下降 1%；淨利潤為 34 億美元，與上年同期的 57 億美元相比下降 41%；不按照美國通用會計准則的淨利潤為 57 億美元，與上年同期的 61 億美元相比下降 6%。

「molなんて簡単だろw」って言ってくる奴も、最初は泣きながら悩んでる時期があったんだよ

2018/10/16 動画のタイトルを変更しました
「化学の計算がどうしても分からない君へ」→「モル計算の基本」

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