光與光相遇后會發(fā)生什么?
光是很神奇的東西。它是由一種名為光子的亞原子粒子組成,但又具備波的性質(干涉和衍射),F(xiàn)代物理學也證實了光具有波粒二象性。光子會產生糾纏態(tài),即多粒子疊加;它們會反射、衍射、折射;它們有角動量,但沒有質量。 上圖描述的是探測到的光散射現(xiàn)象。圖片來源: ATLAS/CERN 光從未被觀察到像斯諾克球一樣,互相碰撞后改變方向的現(xiàn)象。但歐洲核子研究組織的超環(huán)面儀器(ATLAS),即大型強子對撞器(LHC)的7個實驗偵測器之一,觀測到了這一現(xiàn)象第一次實際發(fā)生的情況,其中兩個光束相互碰撞,然后改變了軌跡。 這個現(xiàn)象是“不確定性原理”中的光散射現(xiàn)象,由Hans Heinrich Euler和Werner Heisenberg首次于1936年進行描述,并由Robert Karplus和Maurice Neuman于1951年推斷得出計算公式。該現(xiàn)象表現(xiàn)為,當將光照到另一個光粒子上,一部分光波將被此粒子散射開來,由此便能指明該粒子的位置。 德國電子同步加速器研究中心的研究人員Mateusz Dyndal表示:“根據(jù)經典的電動力學,光穿過光的時候不會發(fā)生散射現(xiàn)象,因為該現(xiàn)象是產生于光通過不均勻介質的時候! “但如果考慮到量子物理學,光是會被光散射的,盡管這種現(xiàn)象似乎非常不可能。” 倫敦大學學院的物理學教授Jon Butterworth在他為《衛(wèi)報》撰寫的一篇文章中,將這兩束光比喻成了兩個橡膠球。 超環(huán)面儀器的實驗觀測始于2015年,試驗中,鉛原子核在大型強子對撞器中高速碰撞。該粒子的能量比粒子加速器平時使用的質子更高,這意味著實驗中存在著一團致密的光束。而這高能量的光再和光發(fā)生碰撞,便出現(xiàn)了神奇的散射現(xiàn)象。 重離子(質量數(shù)大于4的原子核)通常不會發(fā)生碰撞,但光子可以發(fā)生所謂的非彈性碰撞,即粒子在碰撞中向另一個能級躍遷時發(fā)生散射現(xiàn)象。 在研究小組分析的40億事件中,他們發(fā)現(xiàn)了13個候選事件,這些事件的相同點在于兩個光子相互作用后改變了方向,而不是相互傳遞匯成一束光。 如上圖所示,超環(huán)面儀器探測到了兩個光子在圓形的中心相遇,而黃色和綠色區(qū)域則代表了散射光子所沉積的能量。 |