ELI Beamlines Research Cente的L3-HAPLS先進拍瓦鐳射系統。圖片：勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室

我們對於用物質獲取能量的過程非常熟悉，比如從鑽木取火開始直到製造出原子彈，但是對於逆向過程 – 能量產生物質 – 卻一直沒有進展。宇宙剛開始的幾分鐘後，猛烈碰撞的光子產生了物質和反物質粒子，如果我們能夠再現這一過程，也許能夠發現早期宇宙演化的秘密。

大爆炸

全世界的科學家一直在呼籲建造高能伽馬光子對撞機，但是這種對撞機需要能區在80-120GeV（10億電子伏特）的高能電子加速器，在現有技術條件下，需要20年才能發展出來。

加州大學聖地亞哥分校的科學家想到了全新的方法。一個研究小組進行了一系列新的模擬，設想了從光製造物質的方法。

這種方法需要用高功率鐳射射擊一個緻密的目標，目標中的電子被鐳射推動並加速，直到電子速度接近光速，此時電子會產生超強磁場，大約相當於中子星的磁場。磁場產生伽馬射線，兩束伽馬射線相互碰撞，可以產生了成對的物質和反物質粒子。

鐳射產生伽馬射線

關鍵裝置是高功率鐳射器，這樣的效果需要數拍瓦的功率。1拍瓦是10^15瓦特。為了直觀說明，太陽向整個地球輻射的能量約為174拍瓦，演示用的鐳射筆功率約為0。005瓦。

科學家計劃使用歐盟極端光學基礎設施（ELI）位於東歐的高功率鐳射器，並希望在一到兩年內產生實際結果。

模擬計算表明，利用4拍瓦功率的鐳射照射到大約5微米直徑的目標上，就足夠激發高能伽馬射線的發射。

透過使兩個伽馬射線束碰撞能夠產生負電子-正電子對，即成對的物質和反物質粒子。

兩個伽馬射線束碰撞能夠產生負電子-正電子對

這是一項僅使用光來創造物質的實驗，在這之前我們只知道創造宇宙的大爆炸可以這麼做。如果我們能夠模擬宇宙最初幾分鐘內的情況，對於理解宇宙有極大的幫助。

實驗還可以為研究反物質粒子提供更多的幫助，反物質是宇宙的神秘組成部分。大爆炸理論上產生了等量的正物質和反物質，它們理應對等湮滅，但不知道為什麼正物質稍微多了一點點，造就了我們現在的世界。假如能夠發現正反物質具有略微不同的性質，也許有助於解決正反物質不平衡的難題。

我國科學家也提出了高能伽馬光子對撞機，首先從低能伽馬光子對撞機開始，再逐步升級能量級別。根據科學家的設想，伽馬光子能量達到1MeV的對撞機造價約為人民幣1億元，佔地約500平方米，建設週期3至5年。

此外，上海超強超短鐳射實驗裝置已經實現了10拍瓦級的鐳射器。100拍瓦鐳射專案已經啟動。

上海超強超短鐳射實驗裝置