Фізик опублікував теоретичні викладки, згідно з якими з використанням існуючих технологій можливе створення високих концентрацій позитроніїв всередині бульбашок у рідкому гелії. Отримання такої речовини дозволить почати експерименти з вимушеної аннігіляції, яка призведе до генерації когерентного гамма-випромінювання, тобто буде представляти гамма-лазер, пише автор в журналі.
Лазер - це пристрій, який генерує когерентні електромагнітні хвилі. Такі коливання відрізняються узгодженістю амплітуди і фази, що дозволяє фокусувати їх в невеликі області, при цьому вони здатні поширюватися на великі відстані без значного уширення пучка, а також володіти виключно вузькою смугою частот.
Умови для генерації когерентного випромінювання істотно відрізняються для різних частотних діапазонів, через що у вузькому сенсі лазерами називають джерела лише видимого світла або близьких довжин хвиль. У разі мікрохвильової області говорять про мазери, а високоенергетичне випромінювання створюють рентгенівські лазери.
Нереалізованою ідеєю поки що залишається гамма-лазер, тобто випромінювання когерентних фотонів найбільш високих енергій. Існує ряд теоретичних концепцій, які в основному спираються на ядерний вибух або працює в імпульсному режимі ядерний реактор в якості джерела енергії (накачування). Як правило, більшість таких варіантів в реальності будуть одноразовими, так як енергія, що виділяється, знищує всю установку.
Також запропонована ідея про накачування у вигляді аннігіляції електрон-позитронних пар. Для реалізації цієї задумки необхідно отримувати високу частоту і щільну локалізацію взаємодій. Один з варіантів передбачає створення в бульбашках з гелію-4 великої концентрації позитроніїв, тобто пов'язаних станів з електрону і позитрона. Однак на практиці цього продемонстровано не було.
Одна з основних труднощів полягає в необхідності отримання позитроніїв з однаковими параметрами, щоб можна було запустити контрольовану аннігіляцію. В ідеалі треба отримати конденсат Бозе - Ейнштейна з цих частинок, який можна узгоджено «схлопнути» зовнішнім впливом. На даний момент в експериментах було продемонстровано існування окремих позитроніїв у бульбашках рідкого гелію, а також одиночних електронів, їх груп і атомів водню.
Співробітник Каліфорнійського університету в Ріверсайді Аллен Міллс (Allen Mills) навів нові розрахунки, згідно з якими перші експерименти можна почати вже найближчим часом. З його обчислень випливає, що існуючі технології дозволяють отримувати бульбашки з приблизно 100 тисячами позитроніїв у кожному, а експериментальні методи зможуть виміряти їх розподіл імпульсів, який дозволить переконатися у формуванні квантового конденсату.
Створювати бульбашки автор пропонує за допомогою опромінення алмазної пластини імпульсами позитронів. Більшість частинок буде поглинено речовиною, але близько 20 відсотків утворює позитронії і потрапить у рідкий гелій. При цьому енергія отримуваних частинок буде перебувати в відповідному інтервалі від нуля до трьох електронвольт. Через негативне споріднення між гелієм і позитронієм останні відразу утворюють маленькі бульбашки, які почнуть зливатися, так як енергія більша менше, ніж у сукупності малих. Обчислення показують, що часу близько ста наносекунд має вистачити на утворення бульбашок, а теплопровідності рідкого гелію - для відведення надлишків тепла.
Фізик отримав вираз для радіусу міхура залежно від кількості позитроніїв і зовнішнього тиску, що міститься в ньому. При тиску в одну атмосферу і при кількості понад 100 тисяч частинок повинні виходити бульбашки з майже постійною концентрацією на рівні 1,3 мм. 1020 позитроніїв в кубічному сантиметрі, причому критична температура для цієї речовини складе близько 370 кельвін, що забезпечить високу частку частинок у стані конденсату при низьких температурах.
Відрізнити в досвіді ситуацію з відносно малою кількість бульбашок з великою кількістю частинок від великої кількості маленьких бульбашок можна буде за часом життя. У першому випадку воно повинно бути близько до значення для вакууму (142 наносекунди), а в другому визначатися взаємодією з атомами гелію в стінці міхура (91 наносекунда).
Довести наявність конденсату можна буде за допомогою магнітного поля: якщо включення зовнішнього поля на короткий проміжок часу (приблизно 10 наносекунд) призведе до випромінювання фотонів від анігіляції строго в протилежні сторони, то був отриманий конденсат. У той же час для розподілу по імпульсах для звичайного стану при температурі в 2 кельвіна очікується розкид кутів з характерною величиною в 60 мікрорадіан.
Раніше вчені теоретично обґрунтували отримання гамма-променів за допомогою пластикової мішені, запропонували використовувати лазер для спілкування з інопланетянами і переконалися у високій якості кристалічних лазерних середовищ «з пробірки».