微型「伽瑪射線爆發」是如何煉成的？

「伽瑪射線爆發」是宇宙中最亮的事件，持續時間不超過數秒或數分鐘。有些伽瑪射線爆會明亮得可以用肉眼觀察，例如2008年3月19日美國宇航局的Swift GRB探測器發現的「GRB 080319B」伽瑪射線爆炸。

儘管如此激烈，科學家們至今並不知道是什麼導致了「伽瑪射線爆發」。甚至有人認為，其中的一些「伽瑪射線爆發」可能帶有來自先進外星文明的信息。直到最近，科學家才得以第一次設法在實驗室中創造了一個「伽瑪射線爆發」的迷你版本，這將開闢了一個全新的方法來研究他們的屬性。

人們對「伽瑪射線爆發」的起源有一個想法：它們在由諸如黑洞的大型天體物體，在釋放粒子射流的期間以某種方式發射。這使得「伽瑪射線爆發」對於天體物理學家來說特別重要，他們能夠藉助於對「伽瑪射線爆發」的研究揭示黑洞的一些關鍵性質。

黑洞釋放出來的粒子束主要由電子和它們「反物質」（ 所有的粒子都有與之性質相同的反物質，只是帶有相反的電荷）正電子組成。這些粒子束必染產生強烈的磁場；而這些粒子在磁場中旋轉是就會釋放出強大的伽馬射線輻射。或者至少，這是我們現有的理論所預測的，只是我們並不知道實際上這些是如何發生的。

不幸的是，研究這些「伽瑪射線爆發」遇到有幾個難題。它們不僅持續很短的時間，而且，最重要的是，它們都起源於遙遠的星系，有時甚至距地球數十億光年。這意味著你要依靠觀察那些隨機發生的時間，而且只有幾秒鐘窗口期。

世界上最強大的激光

最近有人提出，製造「伽瑪射線爆發」的最佳方法，是在實驗室中製造他們的小型複製品，以此再現這些電子-正電子束，並觀察它們如何演化出「伽瑪射線爆發」。來自美國，法國，英國和瑞典的合作者最近通過使用地球上最強烈的激光（由盧瑟福·阿普爾頓實驗室，Rutherford Appleton Laboratory，運行的「雙子星」激光，Geminilaser）成功地創造了這一現象。

地球上最強烈的激光有多強烈？把照射到地球的所有的太陽聚焦到壓到幾平方微米（大約是人頭髮的橫截面面積），大概就是「雙子星」激光的強度。把這個激光器投射到一個複雜的目標上，我們能夠製造出由大型天體噴發出的高速、高密度粒子束，並觀察他們的行為。這個實驗在空間的縮小可以說是非常戲劇性的：真實上可能長達幾千光年的噴發被壓縮到幾毫米的尺度。

在實驗中，科學家首次觀察到一些在「伽瑪射線爆發」中扮演重要角色的現象，例如持續長時間的自發磁場。這些觀察到的現象能夠證實人們對「伽瑪射線爆發」強度和分布的理論預測。簡而言之，這個實驗證實了，目前用於了解「伽瑪射線爆發」的模型是正確的。

此外，這個實驗不僅對研究伽馬射線爆發很重要。在實驗中製造了電子-正電子束；而僅由電子和正電子構成的物質是一個極其特殊的物質狀態。地球上的「正常」物質主要是由原子構成的：一個帶負電的「電子云」包圍著較「重」的帶正電的原子核。由於電子和原子核之間的重量差別很大（最輕的原子核的重量是電子的1836倍），所以我們在日常生活中經歷的所有現象都來自電子的動力學：相比於原子核，電子對外來激勵（光，其他粒子，磁場等）的響應更快些。但在電子-正電子束中，兩種粒子的質量完全相同，這意味著反應時間的差異被完全消除了。這帶來了一些令人著迷的現象，例如，在電子-正電子束的世界中不存在聲音。

到目前為止，實驗的進展非常良好；但是，我們為什麼要去關心那麼遙遠的事件呢？確實有很多原因。首先，了解如何形成「伽瑪射線爆發」將使我們能夠更好地了解黑洞，從而為我們理解「宇宙如何誕生」以及「如何演化」開闢一扇大窗戶。

但是有一個更加微妙的原因。尋找地外智能。人們試圖從空間捕捉無法自然解釋的電磁信號，並以此尋找來自外星文明的信息。這樣的工作主要關注無線電波，但是「伽瑪射線爆發」也與這種輻射有關。當你從太空中尋找輻射，你會得到很多不同的信號。如果真的想要分離出來自外星文明的信號，你首先需要確保所有的自然信號都已經被完全了解，以便排除。這項研究有助於理解黑洞和脈衝星的信號，所以當我們發現類似的東西時，我們知道它不是來自外星文明。

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