Inside Giant Atom Smasher, Physicists See the Impossible: Light Interacting with Light

Кредит: От Shutterstock

В случае, если вы не осознаете, фотоны-это маленькие кусочки света. На самом деле, они самый маленький кусочек света. Когда вы включаете лампу, гигантское количество фотонов весна от ламп и хлопать в ваши глаза, где они поглощаются сетчаткой и превратился в электрический сигнал, так что вы можете увидеть, что вы делаете.

Таким образом, вы можете себе представить только сколько фотонов окружают вас в любое время. Не только от освещения в вашей комнате, но также поток фотонов через окно от солнца. Даже ваше собственное тело генерирует фотоны, но на всем пути вниз в инфракрасном диапазоне энергий, поэтому нужны очки ночного видения, чтобы увидеть их. Но они все равно есть.

И, конечно же, все радио волны и ультрафиолетовые лучи, и все другие лучи постоянно бомбардируют вас и все остальное с бесконечным потоком фотонов.

Это фотоны везде.

Эти маленькие пакеты света не должны взаимодействовать друг с другом, по сути, не имея никакого «осознания», что другие вообще существуют. Законы физики таковы, что один фотон просто проходит мимо другого с нулевым взаимодействием. [В 18 больших неразгаданных тайн в физике]

Вот что физики думали, по крайней мере. Но в новом эксперименте внутри самый мощный в мире сокрушитель атомов, исследователи получили представление о невозможном: фотоны сталкивались друг с другом. Улов? Эти фотоны были немного от их игры, Что означает, что они не ведут себя как и временно стать «виртуальны». Изучая эти супер-редкие взаимодействий, физики надеются выявить некоторые фундаментальные свойства света и, возможно, даже открыть новые области физики высоких энергий, как великого объединения теории и (возможно) суперсимметрии.

Как правило, это хорошая вещь, что фотоны не взаимодействуют друг с другом или отскакивают друг от друга, потому что это будет полный дурдом с фотонами никогда не денется в любом виде прямой линии. Так что, к счастью, два фотона будут просто проскальзывать мимо друг друга, как будто других не существует.

То есть, большую часть времени.

В высокоэнергетических экспериментах, мы можем (с большим количеством жира локтя) получаем два фотона, чтобы ударить друг друга, хотя это бывает очень редко. Физиков интересует такой процесс, потому что он раскрывает некоторые очень глубокие свойства природы самого света и может помочь раскрыть какие-то неожиданные физика. [18 Раза Квантовых Частиц Взорвали Наши Умы]

ФОТ так редко взаимодействуют друг с другом, потому что они связывают только с частицами, которые имеют электрический заряд. Это просто один из тех законов Вселенной, которые мы должны жить. Но если это правило Вселенной, тогда как мы могли бы когда-нибудь два фотона, которые не имеют заряда, чтобы соединиться друг с другом?

Ответ кроется в одном из самых труднораскрываемых и еще вкусный аспекты современной физики, и ее веселое название квантовой электродинамики.

В этой картине субатомного мира, фотон-не фотон. Ну, по крайней мере, это не всегда фотона. Частицы вроде электронов и фотонов и всех прочих-онов постоянно переключаться, меняя личности, как они путешествуют. Это кажется запутанным на первый: как могли, так сказать, луч света быть иначе, чем луч света?

Для того, чтобы понять это необычное поведение, мы должны расширить наше сознание немного (чтобы заимствовать выражение).

В случае фотонов, как они путешествуют, каждый раз в некоторое время (и имейте в виду, что это крайне, крайне редко), можно изменить свое мнение. И вместо того, чтобы просто фотон, он может превратиться в пару частиц, отрицательно заряженный электрон и положительно заряженный позитрон (партнер антивещества электрон), которые путешествуют вместе.

Blink и вы пропустите его, поскольку позитрона и электрона найдем друг друга, и, как это бывает, когда материя и антиматерия встречаются, они аннигилируют, пуф. Странная пара снова превратиться в фотон.

По разным причинам, которые слишком сложны, чтобы попасть прямо сейчас, когда это происходит, эти пары называются виртуальными частицами. Достаточно сказать, что в почти всех случаях вы никогда не получите, чтобы взаимодействовать с виртуальными частицами (в данном случае позитрон и электрон), и вы только когда-нибудь поговорить с фотона.

Но не в каждом случае.

В серии экспериментов ведении сотрудничестве Атлас на Большом адронном коллайдере под французско-швейцарской границей и недавно представлен в онлайн-журнале arXiv препринт, команда потратила слишком много времени, хлопнув ядер свинца друг в друга почти со скоростью света. Тем не менее, они на самом деле не позвольте привести частицы бьют друг друга; напротив, биты, пришел очень, очень, очень, очень близко. [Фото: крупнейший в мире Сокрушитель атомов (бак)]

Таким образом, вместо того, чтобы иметь дело с гигантским беспорядок столкновения, включая много дополнительных частиц, сил и энергии, то атомы свинца просто взаимодействуют через электромагнитные силы. Другими словами, они просто обменялись много фотонов.

И каждый раз — чрезвычайно, чрезвычайно редко — один из этих фотонов было бы ненадолго превратиться в пару, состоящую из электрона и позитрона; затем, другой фотон, один из тех, позитронов или электронов и поговорить с ним. Взаимодействие будет происходить.

Сейчас, в это взаимодействие, фотон просто ударов в электрон или позитрон и уходит на свою работу без какого-либо вреда. В конце концов, что позитрон или электрон находит своего партнера и снова становится фотон, таким образом, результат двух фотонов друг с другом всего две фотоны отскакивают друг от друга. Но что они могли разговаривать друг с другом вообще замечательно.

Как замечательно? Ну, через триллионы и триллионы столкновений, команда обнаружены в общей сложности 59 потенциальных пересечений. Только 59.

Но что делать тем 59 взаимодействий рассказать о Вселенной? Например, они проверяют эту картину, что фотон-не фотон.

И, копая в самую квантовую природу этих частиц, мы можем узнать некоторые новые физики. Например, в некоторые модные модели, которые расширяют границы известного физика элементарных частиц, эти взаимодействия фотона происходит по несколько иной цене, потенциально давая нам возможность изучения и тестирования этих моделей. Прямо сейчас, у нас нет достаточно данных, чтобы судить о различиях между любой из этих моделей. Но теперь, когда методика создана, мы можем добиться некоторых успехов.

И ты должен простить самого очевидного закрытия каламбур, но, надеюсь, скоро, мы сможем пролить свет на ситуацию.

  • В 12 странных объектов во Вселенной
  • 9 Номеров, Которые Круче, Чем Пи
  • Изображение: внутри лучших лабораторий в мире

Павел М. Саттер является астрофизик в Университете штата Огайо, ведущий программы «спросите космонавт« и «космический радио,» и автор «вашего места во Вселенной

Первоначально опубликовано на прямую науки.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *