В ЦЕРН сообщили об открытии первых столкновений фотонов

Исследователи, работающие с детектором ATLAS в составе БАК, заявляют о первом детектировании столкновений между одиночными частицами света. Ранее это считалось невозможным с точки зрения классической, неквантовой физики.

"Несмотря на то, что эти результаты обладают достаточно низкой точностью, их уже сейчас можно использовать для проверки сразу нескольких моделей "новой физики"", — говорит Спенсер Кляйн (Spencer Klein), физик из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США).

По его словам, такие результаты были получены в 2015 году, когда БАК работал на пониженной мощности.

"Новые замеры, полученные в прошлом и этом году, а также обновление БАК в 2025 году помогут нам повысить точность на порядок и понять, существуют ли другие заряженные частицы или нет", — добавляет учёный.

Поясним, что, в соответствии с классическими законами физики и уравнениями Максвелла, одиночные частицы света не должны взаимодействовать между собой и должны пролетать друг через друга без каких-либо последствий. После появления квантовой физики и осознания того, что вакуум не является абсолютно пустым, учёные поняли, что на самом деле фотоны могут взаимодействовать друг с другом непрямым и прямым способом, пишет РИА Новости.

В первом случае взаимодействие двух частиц света будет приводить к рождению двух "виртуальных" частиц, электрона и позитрона, которые практически сразу же аннигилируют и породят два новых фотона. Во втором случае фотоны будут сталкиваться напрямую, обмениваясь виртуальным набором всех уже открытых и, возможно, неизвестных нам носителей заряда. Подобные столкновения будут происходить крайне редко. Специалисты сомневались в том, можно ли их вообще увидеть.

Тем не менее в том, что подобные столкновения возможны, учёные были уверены давно. На это указывает необычное поведение частиц света в присутствии сильных магнитных полей, заставляющих их "отскакивать" от ядер атомов и спонтанно расщепляться на две половины в определённых условиях. Но проследить за этим процессом было нельзя, поскольку лазеры, используемые для таких наблюдений, делали подобные взаимодействия "невидимыми" для нас.

Научная коллаборация ATLAS, работающая с одноименным детектором БАК, представила первые доказательства того, что эти столкновения происходят, наблюдая за взаимодействием ионов свинца, разогнанных до околосветовых скоростей. Физики отмечают, что подобные наблюдения велись на первом этапе работы коллайдера после его обновления в 2015 году, до того, как он вышел на пиковую мощность.

Столкновение атомов свинца под определённым углом, в силу необычного расположения их магнитных и электрических полей, будет порождать пары фотонов, которые сразу же будут сталкиваться и "отскакивать" друг от друга, поясняет Кляйн.

Следы таких столкновений, как заметили специалисты ATLAS, можно будет отличить от остальных фотонов, порождаемых в ходе распадов и столкновений частиц в БАК. Подобные "ДТП", по словам физиков, не будут порождать никаких других продуктов реакции, кроме самих частиц света, а сами фотоны будут двигаться под определённым углом по отношению друг к другу.

В результате, анализируя данные, полученные ATLAS и БАК за прошлый год, учёным удалось найти следы 13 подобных столкновений фотонов, что почти дотягивает по показателю статистической значимости до уровня открытия, но пока им не является.

Данные за текущий год и последующие циклы работы БАК, как надеются физики, помогут достичь этой планки и приступить к поиску следов "новой физики" во взаимодействиях фотонов.

Результаты открытия опубликованы в научном издании Nature Physics.

Напомним и о других последних новостях. Так, физики опровергли обнаружение новой частицы на Большом адронном коллайдере, намёк на существование которой был получен чуть ранее. Также они математики подтвердили, что Вселенная может быть голограммой.