Группа ученых, работающих на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе (Европейской организации по ядерным исследованиям), в ходе эксперимента ATLAS доказала существование явления, называемого рассеиванием света на свете. Феномен заключается в квантовом взаимодействии двух пучков фотонов, в результате чего один луч света несколько «преломляется» другим, словно они являются твердыми. Статья исследователей опубликована в журнале Nature Physics, кратко об открытии рассказывает издание ScienceAlert.
Согласно классическим представлениям, электромагнитные волны беспрепятственно проходят друг сквозь друга. Однако в 1936 году немецкие физики Ганс Генрих Эйлер и Вернер Гейзенберг предсказали, что два фотона могут столкнуться и взаимодействовать друг с другом. При обычных условиях этот эффект незаметен, однако его можно зафиксировать, используя высокоэнергетические частицы.
Ученые разогнали ядра свинца в трубе ускорителя до околосветовых (релятивистских) скоростей. Положительный заряд лишенных электронов атомов формирует электростатическое поле, которое при больших скоростях превращается в электромагнитное, то есть в плотное облако фотонов. Ядра свинца, двигающиеся в противоположных направлениях, взаимодействуют не напрямую, а в ходе ультра-периферических столкновений, когда облака частиц налетают друг на друга. Согласно теории, при этом фотоны из различных облаков рассеиваются друг на друге, что порождает новые частицы, которые должен зарегистрировать детектор ATLAS.
Всего детектор зафиксировал четыре миллиарда различных взаимодействий между частицами. Ученые провели необходимый отбор и выделили 13 событий, согласующихся с картиной рассеивания света на свете. При этом доля посторонних процессов, которые создают фон и могут делать данные ненадежными, составила лишь 2,6 события. Основные параметры процесса, в том числе сечение (близость сталкивающихся частиц) и инвариантная масса (показатель разлета частиц), соответствуют прогнозам Стандартной модели.
Стандартная модель — теория, описывающая все разнообразие частиц и их взаимодействия. Она предсказывает различные субатомные процессы и их свойства, которые подтверждаются в экспериментах на ускорителях, в том числе на БАКе.