原子对撞机中发现不可能现象:光子之间竟会发生互动

时间:2019-09-22 来源:www.fm3m.com

你可能没有意识到光子实际上是一小块光。实际上,光子是可以分成的最小光。当你打开灯光时,无数的光子涌出灯泡,倒入你的眼睛,然后被你的视网膜吸收并转换成电信号,这样你就可以看到你面前的东西了。

你可以想象你现在周围有多少光子。这些光子不仅来自你房间的灯光,还来自太阳,它们通过窗户进入房间。甚至你自己的身体都会产生光子,这些光子以红外能量的形式发出,只能通过夜视镜看到。

当然,所有的无线电波,紫外线和其他辐射都在轰炸着你。这些是无穷无尽的光子流。

简而言之,到处都有光子。

这些微小的光碎片不应该彼此相互作用,甚至“不知道”其他光子的存在。根据物理定律,光子通过另一个光子而没有任何相互作用。

至少物理学家过去常常这么认为。但是,在世界上最强大的原子对撞机中进行的一项新实验中,研究人员简要地观察到了一种不可能的现象:光子碰撞。这有什么问题?这些光子中的一些违反常识并且与普通光子的行为不同。相反,它们在短时间内变成了“虚拟粒子”。通过研究这些极为罕见的相互作用,物理学家希望进一步揭示光的基本属性,甚至发现高能物理学的新定律,如统一理论和超对称理论。

温柔的触摸

通常,光子不相互作用或相互碰撞是一件好事。否则,光子永远不会直射,一切都会搞砸。幸运的是,两个光子通常会经过,好像对方不存在一样。在大多数情况下就是这种情况。

在高能实验中,我们可以使两个光子相互碰撞,但发生这种情况的可能性非常小。物理学家对这种类型的过程感兴趣,因为它揭示了光的深层本质,并帮助我们发现意想不到的物理现象。

光子很少相互作用,因为它们只与带电粒子相关联。这是宇宙的规律,我们无法控制它。但如果这是宇宙定律,我们如何将两个不带电的光子连接在一起呢?

什么是光子?

这个问题的答案在于现代物理学中最神秘但最迷人的领域之一。这个领域有一个非常时髦的名称量子电动力学。

在亚原子世界中,光子不一定是光子,或者它们不一定是永久的光子。像电子,光子等粒子将在运动过程中不断切换“身份”。乍一看,这看起来有点令人困惑:除了一束光之外,还有什么光束?

要理解这种奇怪的行为,我们必须稍微扩展一下我们的想法。

就光子而言,在它们的运动过程中,偶尔(必须记住这种情况极其罕见)有一个光子变化的想法。它可能不再是一个粒子,而是一对粒子,由带负电的电子和带正电荷的“正电子”(即电子的反物质)组成,它们一起向前移动,但这种情况是瞬间的,因为积极的负电子总会相遇。一旦遇到,它们将立即消灭并返回光子。

由于各种复杂的原因,当发生这种情况时,这些粒子对称为“虚粒子”。可以说,在大多数情况下,您永远不会与虚拟粒子交互,只会触摸光子,但并非在所有情况下。

在黑暗中明亮的光线

在法国 - 瑞士边境的大学强子对撞机的ATLAS仪器进行的一系列实验中,研究小组花费了大量时间以接近光速的速度碰撞铅核。但事实上,他们没有让主要的核心被击中。这些颗粒只是非常非常非常接近。

通过这种方式,铅原子只能通过电磁力工作,并且不会涉及由膨胀引起的一系列麻烦问题,例如大量的新粒子,力和能量产生。换句话说,在这些铅核之间仅交换大量光子。

在极少数情况下,其中一个光子可能会短暂地成为电子和正电子对。然后另一个光子可以与这个电子或正电子“通信”。以这种方式,发生交互。

在这个相互作用过程中,光子只能击中电子或正电子,然后继续走自己的路。被击中的电子或正电子很快就会找到你的伴侣并转回光子。因此,在两个光子碰撞后,它们只会从另一侧反弹,它将没有任何效果。但这种沟通本身已经非常了不起。

它有多棒?我们只想说这个研究小组已经发现了数万亿次点击,只检测到59次可能的碰撞,只有59次!

但59种相互作用揭示了什么样的宇宙信息呢?首先,它证实“光子不总是光子”

此外,通过深入挖掘这些粒子的量子性质,我们还可以学习一些新的物理知识。例如,在一些试图推动已知粒子的物理边界的微妙模型中,这些光子之间相互作用的概率略有不同。这可以为我们提供探索和测试这些模型的方法。目前,我们没有足够的数据来判断这些模型之间的差异。但是现在有了相应的技术,我们也许能够前进。

我希望在不久的将来,我们能够真正为“两只眼睛和一只黑”的现状带来“一缕光芒”。