布莱特-惠勒过程：光子-光子碰撞，从能量到物质的转化

1934年，物理学家布莱特（Breit）和惠勒（Wheeler）预言了一种物理过程，即两个高能光子通过极化脉冲式电磁场时，发生对撞则可以生成一对正负电子。这个过程称为布莱特-惠勒过程（Breit-Wheeler process），也是将纯粹能量形式的光转换成物质的最简单方式。

然而，要实现这个过程并不容易。首先，光子之间的相互作用非常微弱，因为它们都带有零电荷，只能通过高阶圈图来交换虚拟电子-正电子对。其次，要产生足够重的电子-正电子对，需要非常高的光子能量。根据能量-动量守恒和相对论性动能公式，可以推导出两个光子的最小能量分别为：

要实现光子-光子碰撞，需要有高能的光子源和高精度的对准装置。目前，有两种主要的方案来制造和控制高能光子：一种是利用激光和电子束的相互作用，另一种是利用重离子的超边缘碰撞。

由于Breit-Wheeler过程的难度很大，直到目前为止，在实验室中还没有直接观察到纯粹的光子-光子碰撞产生物质的现象。虽然没有直接观察到两个真实光子相撞产生物质，但是有一些实验观察到了一个类似的过程：一个真实光子和一个虚拟光子相撞产生物质。

例如在斯坦福直线加速器（SLAC）上，利用低发散度的46.6 GeV电子束与强激光脉冲相互作用，观察到了正负电子对的产生。在欧洲核子研究中心，利用大型强子对撞机上铅-铅碰撞中铅离子周围的强电磁场，观察到了正负电子对、正负μ子对、正负τ对。

这些实验结果都表明，光子-光子碰撞产生物质是可能的，只要有足够的能量和合适的条件。这些实验也为验证量子电动力学的预言和探索新物理提供了有价值的数据和方法。未来，随着加速器和激光器技术的发展，我们有望在实验室中直接观察到纯粹的光子-光子碰撞产生物质的过程，从而揭开光与物质之间的奥秘。