Новости науки и техники - новейшие технологии сегодня в мире
18.08.2017 0 0

Физики впервые увидели столкновение фотона с фотоном


купить с доставкой



Физики из коллаборации ATLAS впервые зарегистрировали эффект рассеяния квантов света, фотонов, на фотонах. Этот эффект — одно из старейших предсказаний квантовой электродинамики, он был описан теоретически более 70 лет назад, но до сих пор не был обнаружен экспериментально. Интересно, что он нарушает классические уравнения Максвелла, являясь чисто квантовым явлением. Исследование было опубликовано на этой неделе в журнале Nature Physics, однако препринт статьи вышел еще в феврале 2017 года.

Одно из главных свойств классической максвелловской электродинамики — принцип суперпозиции для электромагнитных полей в вакууме. Он позволяет напрямую складывать поля от разных зарядов. Так как фотоны — это возбуждения полей, то в рамках классической электродинамики они не могут взаимодействовать друг с другом. Вместо этого они должны свободно проходить друг через друга.

Квантовая электродинамика расширяет действие классической теории на движение заряженных частиц с околосветовыми скоростями, кроме того она учитывает квантование энергии полей. Благодаря этому в квантовой электродинамике можно объяснить необычные явления, связанные с высокоэнергетичными процессами — например, рождение из вакуума пар электронов и позитронов в полях высокой интенсивности.

В рамках квантовой электродинамики два фотона могут столкнуться друг с другом и рассеяться. Но этот процесс идет не напрямую — кванты света незаряжены и не могут взаимодействовать друг с другом. Вместо этого происходит промежуточное образование виртуальной пары частица-античастица (электрон-позитрон) из одного фотона, с которой и взаимодействует второй фотон. Такой процесс очень маловероятен для квантов видимого света. Оценить это можно из того, что свет от квазаров, удаленных на 10 миллиардов световых лет, достигает Земли. Но с ростом энергии фотонов вероятность процесса с рождением виртуальных электронов возрастает.

До сих пор интенсивности и энергий даже самых мощных лазеров не хватало для того, чтобы увидеть рассеяние фотонов напрямую. Однако исследователи уже нашли способ увидеть этот процесс косвенно, например, в процессах распада одного фотона на пару более низкоэнергетичных квантов вблизи тяжелого ядра атома.

Увидеть напрямую рассеяние фотона на фотоне удалось лишь в Большом адронном коллайдере. Процесс стал различимым в экспериментах после увеличения энергии частиц в ускорителе в 2015 году — с запуском Run 2. Физики коллаборации ATLAS исследовали процессы «ультрапериферийных» столкновений между тяжелыми ядрами свинца, разогнанными коллайдером до энергий 5 тераэлектронвольт на нуклон ядра. В таких столкновениях сами ядра не сталкиваются между собой напрямую. Вместо этого происходит взаимодействие их электромагнитных полей, в которых возникают фотоны огромных энергий (это связано с близостью скорости ядер к скорости света).

Ультрапериферийные столкновения отличаются большой чистотой. В них, в случае успешного рассеяния, возникает лишь пара фотонов с направленными в разные стороны поперечными импульсами. В противоположность этому обычные столкновения ядер образуют тысячи новых частиц-осколков. Среди четырех миллиардов событий, собранных ATLAS в 2015 году на статистике столкновений ядер свинца ученым удалось отобрать 13, соответствующих рассеянию. Это примерно в 4,5 раза больше, чем фоновый сигнал, который ожидали увидеть физики.

Коллаборация продолжит исследовать процесс в конце 2018 года, когда на коллайдере вновь пройдет сеанс столкновений тяжелых ядер. Интересно, что именно детектор ATLAS оказался подходящим для поиска редких событий рассеяния фотонов на фотонах, хотя для анализа столкновений тяжелых ядер был специально разработан другой эксперимент — ALICE.

Сейчас на Большом адронном коллайдере продолжается набор статистики протон-протонных столкновений. Недавно ученые отчитались об открытии на ускорителе первого дважды очарованного бариона, а еще весной физики коллаборации ATLAS рассказали о необычном избытке событий рождения двух бозонов слабого взаимодействия в области высоких энергий (около трех тераэлектроновольт). Он может указывать на новую сверхтяжелую частицу, однако статистическая значимость сигнала пока не превышает трех сигма.

Источник: nplus1.ru

#Новости_науки@science_newworld

купить с доставкой
Контакты:
Адрес: Толстого, 311-А 123115 Москва,
Телефон:+7 989-149-81-32, Электронная почта: contact@litanons.ru Новости науки и техники - Новейшие технологии сегодня в мире

Физики впервые увидели столкновение фотона с фотоном
Российские физики нашли способ превратить свет в антиматерию Российские физики нашли способ
теория квантовой электродинамики описывает процесс выделения из вакуума «виртуальных» электронно-позитронных пар –
Впервые достигнута прямая контрфактическая квантовая коммуникация Впервые достигнута прямая
ученые научно-технического университета китая смогли экспериментально доказать существование одной из самых странных форм квантовой коммуникации —
Квантовую запутанность невозможно разрушить Квантовую запутанность невозможно
исследователи из академии наук австрии и венского университета подвергли запутанные пары фотонов серьезному испытанию: свободному падению с большой
Странное поведение фотонов усложнило понимание квантовой теории Странное поведение фотонов усложнило
учёные обнаружили странную особенность фотонов, которая нарушает предыдущие представления об одном из базовых принципов квантовой физики.
Второй закон термодинамики может нарушаться в квантовом мире Второй закон термодинамики может
закон неубывания энтропии в замкнутых системах, который является одной из формулировок знаменитого второго начала термодинамики, может нарушаться:
Три закона Ньютона Три закона Ньютона
три закона, лежащие в основе классической механики и позволяющие записать уравнения движения для любой механической
«Наше представление о времени нужно пересмотреть» «Наше представление о времени нужно
соединяя квантовую механику и общую теории относительности, физики-теоретики университета вены и австрийской академии наук продемонстрировали
Учёные приоткрыли дверь в путешествия во времени Учёные приоткрыли дверь в путешествия
с помощью одиночных частиц света австралийские учёные из университета квинсленда показали, что фотон может найти
Получен демон Максвелла Получен демон Максвелла
бразильские и британские физики воспроизвели известный мысленный эксперимент с демоном максвелла. представленная ими
Что такое виртуальные частицы, откуда берется «белый шум» в приборах, как физики ловят неуловимые колебания вакуума, а также что общего у движения автомобилей по автостраде и «сжатого света» в электрооптическом кристалле, рассказывает Indicator.Ru. Что такое виртуальные частицы, откуда
виртуальные частицы: круговорот смертей и рождений для упрощения мы привыкли называть вакуум пустотой – такое
С. Вайенберг - Квантовая теория полей, 3 тома, 2001-2002. С. Вайенберг - Квантовая теория полей,
точка зрения, проповедуемая в данном сборнике книге, состоит в том, что квантовая теория поля такая, какая она есть, потому что (если не принимать во
С. Вайенберг - Квантовая теория полей, 3 тома С. Вайенберг - Квантовая теория полей,
точка зрения, проповедуемая в данном сборнике книге, состоит в том, что квантовая теория поля такая, какая она есть, потому что (если не принимать во
Ученые создали квантовый «вечный двигатель» Ученые создали квантовый «вечный
группа американских и китайских ученых доказала существование сил казимира — крошечных объемов энергии, возникающих при сближении объектов на
Может ли сознание человека влиять на физический мир Может ли сознание человека влиять на
пожалуй, один из самых интригующих и интересных феноменов в квантовой физике был в том, что эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии», также
NA64 – новый эксперимент CERN, нацеленный на поиск загадочного темного фотона, который обеспечивает взаимодействие между темной и обычной материей NA64 – новый эксперимент CERN,
темная материя по-прежнему является одной из главных загадок современной физики и давно будоражит умы научных светил.
Комментарии (0)
Добавить комментарий
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.