Cuando la ciencia descubrió cómo crear materia a partir de la luz

En 1934, Gregory Breit y John Wheeler, dos físicos que más adelante formaron parte del equipo que desarrolló la bomba atómica, plantearon una teoría que, aunque consideraban cierta, admitieron que sería imposible de reproducir y probar en un laboratorio. Según sus cálculos, era posible, aunque muy muy poco habitual, que dos partículas de luz, o fotones, se combinasen para producir un electrón (partículas que forman la capa externa de los átomos) y su equivalente en la antimateria, un positrón. Es decir, que Breit y Wheeler creían que la luz se podía transformar en materia haciendo chocar dos partículas de luz (fotones) aunque las condiciones para que eso ocurriese eran tan raras que “no tendría sentido intentar observarlo en un experimento en el laboratorio”.

Lo cierto es que físicos del Imperial College de Londres, en Reino Unido, descubrieron la forma de crear la materia a partir de la luz. En un solo día en una pequeña oficina en el Laboratorio de Física del edificio Blackett, tres físicos elaboraron una forma relativamente sencilla de probar físicamente una teoría ideada por los científicos Breit y Wheeler en 1934. Breit y Wheeler sugirieron que sería posible convertir la luz en materia rompiendo a la vez sólo dos partículas de luz (fotones), para crear un electrón y un positrón, el método más simple de convertir la luz en materia jamás predicho.

Se vio que el cálculo era teóricamente sólido pero Breit y Wheeler señalan que nunca esperaron que alguien demostrara físicamente su predicción, porque nunca se observó en el laboratorio y los experimentos anteriores requirieron la adición de partículas de alta energía masiva. Sin embargo, la investigación, mostró cómo la teoría de Breit y Wheeler se podía llevar a la práctica. Este “colisionador fotón-fotón”, que convertiría la luz directamente en materia mediante una tecnología que ya está disponible, sería un nuevo tipo experimento de física de alta energía.

Los científicos idearon un método para chocar dos haces de luz: un primer láser de alta intensidad disparó su luz (fotones) sobre una lámina de oro. Al frenarse, los fotones liberaron energía que es mil millones de veces más luminosa que la luz visible al ojo humano. La luz se llevó hasta una cámara de vacío (similar a un colisionador) y ahí nuevamente se hizo chocar con el rebote de otro láser de alta energía. Como resultado de los choques, se formaron alrededor de cien mil pares de electrones y positrones, dos elementos atómicos que son parte de la materia.

Este experimento recreó un proceso que fue muy importante en los primeros cien segundos del Universo y que se ve en los estallidos de rayos gamma, que son las mayores explosiones del Universo y uno de los misterios más grandes de la física sin resolver. Si efectivamente cumplen con su objetivo, ésta podría ser la pieza final del puzzle que describe las formas más simples en las que interactúan luz y materia. Las otras seis piezas, que incluyen entre otras la teoría del efecto fotoeléctrico de Einstein, han generado en distintos momentos trabajos merecedores del Premio Nobel. La idea de crear un proceso que genere materiales, digamos, utilizables en nuestro día a día a partir de luz aún está muy lejos, pero esto abriría un nuevo campo de investigación y experimentación en el campo de la física de partículas