În mod normal, particule de lumină îndepărtate ricoșează unele de altele

Încrucișează două raze de lanternă și trec una prin alta. Asta pentru că particulele de lumină, sau fotonii, sunt în mare parte antisociale – nu interacționează între ele. Dar acum, oamenii de știință au descoperit dovezi că fotonii revărsează pe alți fotoni la Large Hadron Collider de la CERN, laboratorul european de fizică a particulelor din Geneva.

„Acesta este un proces foarte de bază. Nu a mai fost observat niciodată și iată că în sfârșit reiese din date”, spune fizicianul teoretician John Ellis de la King’s College din Londra, care nu a fost implicat în studiu. Cercetătorii cu experimentul ATLAS de la LHC raportează rezultatul pe 14 august Fizica naturii.

Deoarece fotonii nu au sarcină electrică, ei nu ar trebui să observe prezența celuilalt. Dar există o excepție de la această regulă. Potrivit mecanicii cuantice, fotonii se pot transforma pentru scurt timp în perechi tranzitorii de particule și antiparticule încărcate electric – cum ar fi un electron și un pozitron – înainte de a reveni la fotoni. Predicțiile făcute cu mai bine de 80 de ani în urmă sugerează că acest fenomen permite fotonilor să interacționeze și să ricoșeze departe unul de celălalt.

Această împrăștiere lumină cu lumină este extrem de rară, ceea ce face dificilă măsurarea. Dar fotonii cu mai multă energie interacționează mai des, oferind șanse suplimentare de a observa împrăștierea. Pentru a produce astfel de fotoni energetici, oamenii de știință au trântit fascicule de nuclee de plumb împreună în LHC. Fotonii intră și ies din existență în câmpurile electromagnetice puternice ale nucleelor ​​de plumb. Când două nuclee s-au apropiat suficient de mult încât câmpurile lor electromagnetice să se suprapună, doi fotoni au putut interacționa unul cu celălalt și pot fi împrăștiați.

Pentru a măsura interacțiunea, oamenii de știință de la ATLAS și-au cercetat datele pentru a găsi coliziuni în care doar doi fotoni – cei doi care s-au împrăștiat de la colizune – au apărut ulterior. „Aceasta este cea mai dificilă parte a întregului lucru”, spune fizicianul Peter Steinberg de la Brookhaven National Laboratory din Upton, NY, membru al colaborării ATLAS. Oamenii de știință au trebuit să se asigure că, în detectorul lor enorm de particule extrem de sensibil, au apărut doar doi fotoni și să se convingă că nicio altă particule nu a rămas nesocotită. Cercetătorii au descoperit 13 astfel de evenimente pe parcursul a 19 zile de colectare a datelor. Deși alte procese pot imita împrăștierea lumină cu lumină, cercetătorii prevăd că doar câteva astfel de evenimente au fost incluse în eșantion.

Numărul de evenimente de împrăștiere pe care le-au găsit cercetătorii este de acord cu predicțiile modelului standard, teoria fizicii particulelor a fizicienilor. Dar o măsurare mai precisă a interacțiunii ar putea diferi de așteptări. Dacă se întâmplă, asta ar putea sugera existența unor particule noi, nedescoperite.