1934年，兩位美國物理學家提出理論：如果能讓兩個光子碰撞，碰撞就會產生兩個正電子-電子對－從而將光轉化為物質。如果能在實驗室中得到驗證，這個過程將完美地展現愛因斯坦的相對論E=mc² ，該理論指出物體的質量也是其儲存能量的量度。當時，紐約大學的物理學家格雷戈里·布雷特和約翰·惠勒提出這一假設時，尚無科學工具可以驗證它，因此，在技術發展到足以驗證之前，他們只能依靠理論——一個後來被稱為布雷特-惠勒過程的非常可靠的理論。
整整80年後，這一刻終於到來：倫敦帝國學院的理論物理學家們偶然發現了一種能夠驗證布雷特和惠勒理論的方法。在本月發表於《自然·光子學》雜誌的一項研究中，該團隊描述了他們在研究聚變能源相關問題時，如何意識到通過將高能激光射入黑腔（一種吸收激光輻射並將其對稱地以X射線形式重新輻射的微型金罐）中，科學家們可以創建一個“光子-光子對撞機”，從而成功地利用高能光子粒子。
該理論可在一年內得到驗證。
由於設計這項實驗的人員只從事理論物理研究，而且實際操作需要一支龐大的實驗團隊，派克的團隊目前正在招募其他研究人員，以確保實驗順利進行。他表示，實驗預計在「一年內」完成，具體取決於團隊能否盡快獲得全球僅有的約十個擁有實驗所需設備的實驗室之一：這些設備包括短脈衝雷射裝置以及黑腔或其他能夠產生大量X射線的裝置。申請流程包括提交一份正式的、經過同行評審的提案，該提案必須由實驗室的委員會根據其詳盡的闡述、人員的專業水平以及對科學的最終重要性進行審批。他們很可能不會對最後一點有任何異議——一旦成功實施，這項實驗將以最純粹的形式展現一個對理解伽馬射線暴和宇宙形成最初幾分鐘至關重要的過程。
「布雷特-惠勒過程之所以如此難以捉摸，是因為觀測它所需的粒子數量非常龐大，」首席研究員奧利佛派克告訴《大眾科學》 。 「到目前為止，嘗試使用兩束高能量光束使兩個光子碰撞的方法都未能成功，因為很難產生探測該過程所需的高密度、窄束光束。我們的方法有所不同。激光加熱的黑腔已經使用了幾十年，而高強度激光也已經能夠將電子加速到產生光束所需的極高能量約十年之久。我只是覺得之前沒有人想到過將黑腔作為研究基礎的工具。
這並非首次將光轉化為物質：1997年，史丹佛大學的直線對撞機採用了不同的方法，該方法利用高能量電子束和電場，使大量光子相互作用，從而提供碰撞光子產生物質粒子所需的能量。相較之下，倫敦帝國學院團隊的實驗則利用了兩個碰撞光子自身的能量——這將是首次在完全真空的環境下將光轉化為物質，因此該過程更容易觀測。
「建造光子-光子對撞機的想法一直吸引著物理學家們，」派克說。 「光子碰撞可以產生許多不同的粒子，因此這樣的對撞機有可能以非常簡潔的實驗方法用於研究基礎物理學。它可以作為反物質源——例如，可用於PET掃描——因為碰撞中會產生等量的電子和正電子，但製造反物質的方法遠比這更簡單高效。未來或許會出現一些應用，但目前可能會出現一個非常簡單的實驗的主要吸引力。
雖然現代科技終於讓布雷特-惠勒過程首次成為可能，但派克表示，他們僅僅觸及了其潛力的冰山一角；隨著雷射功率的不斷提升，科學家們將能夠產生更多種類、更豐富的粒子，而不僅僅是正電子-電子對。他認為，他們最初的發現雖然是偶然的，但最終卻是科學進步的必然結果。
「這個過程有點奇怪，因為從理論上講，它的有效性幾乎毋庸置疑，」他說。 「只是過去我們一直沒有辦法探測到它，而與之密切相關的過程——比如電子和正電子湮滅成兩個光子——早在幾十年前就被觀測到了。即使我們沒有發表這項研究，我相信將來也會有人努力去觀測它。”
