ATLAS observerer direkte tegn på lys-for-lys spredning

Fysikere fra ATLAS-eksperimentet på CERN har fundet det første direkte bevis på lys-for-lys spredning med høj energi, en meget sjælden proces, hvor to fotoner - lyspartikler - interagerer og ændrer retning. Resultatet, udgivet i dag i Naturfysik , bekræfter en af ​​de ældste forudsigelser af kvanteelektrodynamik (QED).

"Dette er et milepælsresultat:det første direkte bevis på, at lys interagerer med sig selv ved høj energi, "siger Dan Tovey (University of Sheffield), ATLAS fysikkoordinator. "Dette fænomen er umuligt i klassiske teorier om elektromagnetisme; derfor giver dette resultat en sensitiv test af vores forståelse af QED, kvanteteorien om elektromagnetisme. "

Direkte bevis for lys-for-lys-spredning ved høj energi havde vist sig undvigende i årtier-indtil Large Hadron Collider's anden kørsel begyndte i 2015. Da acceleratoren kolliderede blyioner ved hidtil usete kollisionshastigheder, at få bevis for lys-for-lys-spredning blev en reel mulighed. "Denne måling har været af stor interesse for tung-ion- og højenergifysikfællesskaber i flere år, da beregninger fra flere grupper viste, at vi muligvis opnår et signifikant signal ved at studere bly-ion-kollisioner i kørsel 2, "siger Peter Steinberg (Brookhaven National Laboratory), ATLAS Heavy Ion Physics Group Convener.

Kraftige ionkollisioner giver et unikt rent miljø til at studere lys-for-lys-spredning. Efterhånden som bundter af blyioner accelereres, der genereres en enorm strøm af omgivende fotoner. Når ioner mødes i midten af ​​ATLAS -detektoren, meget få støder sammen, alligevel kan deres omgivende fotoner interagere og sprede hinanden. Disse interaktioner er kendt som 'ultra-perifere kollisioner'.

Studerer mere end 4 milliarder begivenheder taget i 2015, ATLAS-samarbejdet fandt 13 kandidater til lys-for-lys-spredning. Dette resultat har en betydning på 4,4 standardafvigelser, tillader ATLAS -samarbejdet at rapportere det første direkte bevis på dette fænomen ved høj energi.

"At finde beviser for denne sjældne signatur krævede udvikling af en følsom ny 'trigger' til ATLAS -detektoren, "siger Steinberg." Den resulterende signatur - to fotoner i en ellers tom detektor - er næsten den diametrale modsætning til den enormt komplicerede hændelse, der typisk forventes fra kollisioner med blykerner. Den nye udløsers succes med at vælge disse begivenheder demonstrerer systemets kraft og fleksibilitet, såvel som dygtigheden og ekspertisen i analysen og triggergrupperne, der designede og udviklede den. "

ATLAS-fysikere vil fortsætte med at studere lys-for-lys-spredning i løbet af det kommende LHC heavy-ion-løb, planlagt til 2018. Flere data vil yderligere forbedre præcisionen af ​​resultatet og kan åbne et nyt vindue for studier af ny fysik. Ud over, undersøgelsen af ​​ultra-perifere kollisioner bør spille en større rolle i LHC-tungionprogrammet, efterhånden som kollisionsraterne stiger yderligere i løb 3 og derover.