1934年，两位美国物理学家提出理论，认为如果能让两个光子发生碰撞，碰撞将产生两个正负电子对——从而将光转化为物质。如果能在实验室中得到证实，这一过程将是爱因斯坦相对论 E=mc² 的纯粹体现，该理论指出物体的质量也是其储存能量的衡量标准。当时——两位科学家 Gregory Breit 和 John A. Wheeler，纽约大学的物理学家——构想他们的假说时，没有任何科学工具可以证明它，因此这对搭档只能留下一个理论，一个后来被称为 Breit-Wheeler 过程的、非常严谨的理论，直到技术能够跟上。
整整80年后，那个时代终于来临：伦敦帝国理工学院的理论物理学家们，完全是偶然地，偶然发现了一种方法来证明 Breit 和 Wheeler 的理论。在本月发表在《Nature Photonics》杂志上的一项研究中，该团队描述了他们是如何在研究与聚变能源相关的问题时，意识到通过将高能激光射入一个空腔（hohlraum）——一个微小的金制容器，它可以吸收激光辐射并将其对称地重新辐射为 X 射线——科学家们可以创建一个“光子-光子对撞机”，成功地从高能光子中产生物质粒子。
该理论一年内即可得到验证。
由于设计实验的人员只从事理论物理研究，而实际操作需要一个庞大的实验团队，Pike 的团队目前正在组织其他研究人员来恰当地完成这项实验。他说，这“一年内”就可能完成，具体取决于团队能否快速争取到一个全球仅有的约10个拥有进行该实验所需设备之一的实验室设施。这些设备包括短脉冲激光能力，以及空腔（hohlraum）或其他产生大量 X 射线的机制。该过程需要一个正式的、经过同行评审的提案，该提案必须根据其周密的陈述、人员的专业知识以及对科学的最终重要性，获得设施委员会的批准。他们可能在最后一点上不会有困难——一旦成功进行，这项实验将以最纯粹的形式实现一个对理解伽马射线暴和宇宙形成最初几分钟至关重要的过程。
“Breit-Wheeler 过程之所以如此难以捉摸，是因为要观察到它所需的粒子的数量非常多，”首席研究员 Oliver Pike 告诉《Popular Science》。“迄今为止，试图用两个高能光束碰撞两个光子一直没有成功，[因为]生成所需能量的密集且狭窄的光束来检测该过程非常困难。我们的方法不同。空腔（hohlraum）已经被使用了几十年，高强度激光在大约10年前就能将电子加速到产生光束所需的高能量。我只是不认为在此之前有人想过将空腔（hohlraum）用作研究基本物理学的工具。”
这并不是光首次转化为物质：1997年，斯坦福大学的直线加速器使用了另一种不同的过程，该过程涉及大量光子在强大电子束和提供光子碰撞能量以产生物质粒子的电场作用下相互作用。相比之下，伦敦帝国理工学院团队的实验利用的是两个碰撞光子本身的能量——这将是光在完全真空状态下转化为物质的第一次，从而使该过程更容易观察。
“创建光子-光子对撞机的想法长期以来一直让物理学家感兴趣，” Pike 说。“在光子碰撞中可以产生许多不同的粒子，因此这种对撞机可以用于以一种非常清晰的实验方法研究基本物理学。[它]可以被用作反物质源——例如，在 PET 扫描中很有用，因为会产生等量的电子和正电子，但 there are much easier and more efficient ways of creating antimatter than this. [该过程的]应用可能会在未来出现，但目前，这项实验的主要吸引力无疑是学术上的：第一次观察到一个非常简单的过程。”
虽然现代技术终于使得 Breit-Wheeler 过程得以首次实现，但 Pike 说他们才刚刚开始触及其能力的表面；随着激光器随着时间的推移变得越来越强大，科学家们将能够产生比正负电子对更多的、不同的粒子。他说，他们的初步发现，尽管是偶然的，但最终是不可避免的科学进步。
“这个过程有点奇怪，因为理论上，它的有效性并没有受到质疑，”他说。“只是在过去我们没有任何方法来检测它，而密切相关的过程——例如一个电子和一个正电子湮灭成两个光子——在几十年前就已经被观察到了。如果我们没有发表这项工作，我相信将来总会有人努力去观察它。”
