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    粒子物理学 粒子物理学 关注:77 内容:26

    光与光子可以相互作用

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    • 粒子物理学
    • Lv.3弱力范围
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      牛顿

      欧洲核子研究中心在2020年第40届国际高能物理会议上,公布首次对光子碰撞产生W玻色子对的观测结果,W玻色子是携带四种基本力之一弱力的基本粒子。

      这一结果为大型强子对撞机(LHC)的应用提供了一条新途径,即作为高能光子对撞机直接探测电弱相互作用。它证实了弱电理论的主要预测之一,即载流子可以与自己相互作用,并提供了新的方法来探索它。

      根据经典电动力学定律,两束相交的光束不会相互偏转、吸收或破坏。然而,量子电动力学(QED)的效应,即解释光和物质如何相互作用的理论,光子之间是可以相互作用的。事实上,这并不是大型强子对撞机第一次研究高能光子相互作用。例如,光对光的“散射”,即一对光子通过产生另一对光子相互作用,是量子电动力学最古老的预测之一。早在2017年,ATLAS报道了第一个光散射的直接证据。

      利用了高能铅-铅碰撞中铅离子周围的强大电磁场,在2019年和2020年,ATLAS通过测量其特性进一步研究了这一过程。这次国际高能物理会议上公布的新结果,对另一种罕见的现象很敏感,在这种现象中,两个光子通过四个载流子的相互作用(其中包括)相互作用,产生了两个电荷相反的W玻色子。来自质子束的准真实光子相互散射,产生一对W玻色子。

      ATLAS和CMS之前在2016年从大型强子对撞机第一次运行期间记录的数据中:报告了对这一现象的第一次研究,但需要更大的数据集才能明确观察到它。该观测数据具有8.4标准差非常显著的统计证据,对应于由于统计波动而产生的可能性微乎其微。Atlas物理学家使用了在大型强子对撞机(LHC)于2018年结束为期四年的数据收集,第2轮期间采集的一个相当大的数据集,并开发了一种定制的分析方法。

      由于相互作用过程的性质,中心探测器中唯一可见的粒子轨迹是两个W玻色子,一个电子和一个带相反电荷的µ子的衰变产物。与光子-光子相互作用相比,碰撞质子中夸克和胶子之间的相互作用也可以直接产生W玻色子对,但这些都伴随着来自强相互作用过程的额外轨迹。这意味着ATLAS的物理学家必须小心地解开碰撞轨迹才能观察到这一罕见现象,ATLAS发言人卡尔·雅各布斯(Karl Jakobs)说:

      这项观测开辟了大型强子对撞机(LHC)使用初始态光子进行实验探索的新局面,它是独一无二的,因为它只涉及大型强子对撞机(LHC)强相互作用主导环境中弱电作用力载体之间的耦合。随着未来数据集的增加,它可以用来干净地探测弱电规范结构和新物理可能的贡献。事实上,新结果还证实了弱电理论的一个主要预测:即除了与普通物质粒子相互作用外,力载体,也被称为规范玻色子(W玻色子,Z玻色子和光子)也相互作用。

      光子碰撞将提供一种新的方式来测试标准模型和探索新物理学,这对于更好地理解宇宙是必要的。

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