Forskere finder beviser for lys-for-lys spredning, langvarig forudsigelse af standardmodellen

Forskere fra ATLAS-samarbejdet ved LHC har fundet beviser for lys-for-lys-spredning, hvor to fotoner interagerer og ændrer deres bane. Forskere fra DESY, Johannes Gutenberg University Mainz og AGH University of Science and Technology i Krakow udførte undersøgelsen.

"Ifølge klassisk elektrodynamik, lysstråler passerer hinanden uden at blive spredt. Men hvis vi tager kvantefysikken i betragtning, lys kan spredes af lys, selvom dette fænomen virker meget usandsynligt ", forklarer Mateusz Dyndal, en DESY forsker, der spillede en stor rolle i dataanalysen. En af de ældste forudsigelser af kvanteelektrodynamik siger, at fotoner, bærerpartiklerne af den elektromagnetiske kraft kan interagere og sprede sig af hinanden. Denne proces er blevet testet i forskellige miljøer, men en direkte observation af lys-for-lys spredning er ikke tidligere blevet opnået.

I 2012, fysikere foreslog, at lys-for-lys-spredning kunne observeres ved kollisioner ved LHC. Protoner, der accelereres til næsten lysets hastighed, producerer et meget stærkt elektromagnetisk felt. Det genererede felt er endnu stærkere, når blyioner bruges i stedet for protoner. Når to sådanne ioner passerer hinanden i en såkaldt ultra-perifer kollision, to fotoner kan sprede hinanden, mens ionerne selv forbliver intakte. Forskerne observerer derefter to lavenergifotoner med specifikke kinematiske egenskaber og ingen yderligere aktivitet i detektoren. Baseret på de data, der blev taget i 2015 på LHC, fysikere ved ATLAS-eksperimentet foretog en søgning efter lys-for-lys-spredning og fandt 4.4σ bevis for fænomenet. Σ-værdien beskriver den statistiske signifikans af et videnskabeligt resultat. Fysikere taler normalt om en "opdagelse", hvis de finder et 5σ -resultat og kalder et 3σ -resultat "bevis" for noget nyt. Lys-for-lys spredning har et meget lille tværsnit, hvilket betyder, at det sker meget sjældent. Således i fire milliardanalyserede hændelser, kun 13 kandidater til sådanne diphoton -begivenheder blev observeret.

Fordi forskerne kun observerede nogle få hændelser, der tilskrives lys-for-lys-spredning, den statistiske nøjagtighed af deres resultater er begrænset. Når det næste lead-lead-løb på LHC starter (slutningen af ​​2018), de håber at indsamle flere data for at teste dette fænomen mere præcist. Yderligere undersøgelser kan også give et ekstra vindue til ny fysik på LHC. "Måske kan vi finde beviser for fysik ud over standardmodellen for partikelfysik, for eksempel aksionlignende partikler, der er en mulig kandidat til mørkt stof. Forskellige teoretiske begreber forudsiger, at lys-for-lys-spredning kan være følsom over for sådanne partikler ", siger Dyndal.