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无穷尽的光子正在影响你周围的一切,高能实验发现了什么?

由 俎巧玲 发布于 科技

我们普通人无法想象一件客观存在的事实:无论在任何时候,到底有多少光子在我们的周围。虽然,科学家们也只有通过夜视镜才能看到它们,但却丝毫不影响它们的存在,并且到处都是光子。在物理定律中,这样的一个光子只是另一个传递零互动,这些小光束之间本不应该有相互作用。然而,在强大的原子粉碎机进行的一个新实验中,科学家们看到原本不可能发生的事,这就是光子相互撞击这件事。

无穷尽的光子正在影响你周围的一切

对于我们普通人现实生活中灯光的使用,通常都是在夜幕降临之后,它可以照亮我们回家的路。当你打开一盏灯的时候,从灯泡中弹出的巨大数量光子会撞到我们眼睛。在这里,它们被你的视网膜吸收,而后变成电信号。这就是为什么你可以看到自己在做什么,以及周围的一切正在发生的事。

如果你没有意识到光子是微小的光点,实际上,它们也是可能的最小光。除了房间的灯光,光子还能通过太阳流入窗户,哪怕是我们自己最熟悉的身体,也会产生光子,这些红外能力并不是我们肉眼可以看出的。其实,所有紫外线、无线电波和其他光线,都在不断地用无穷尽的光子轰击你和你周围的一切事物。

研究人员发现光子互相撞击

在一般情况下,光子之间是不会有相互作用或相互反弹的,因为这将是一个完整的特殊聚集,这可以说是一件好事,光子永远不会在任何直线上移动。这也是为什么两个光子简单的相互滑动并没有受到影响,甚至就像另一个光子不曾存在过一样。当然,这就是物理现象中的大多数时候。

在目前世界上最强大的原子粉碎机新实验中,科学家们发现了一个在物理学家看来不可能的事:光子相互撞击。这些被发现的光子偏离了它们游戏,变得不像自己那样表现出奇异的行为,暂时变成了“虚拟”。这些相互作用实属罕见,物理学家们希望借此揭示光的一些基本属性,甚至是发现新的高能物理学,比如,超对称性和大统一理论等。

高能实验到底发现了什么

因为,这样特定的情况本身发生概率较低,所以,科学家们要在高能实验中得到两个光子相互撞击已经是一件困难的事。但是,为了揭示光本身的一些非常深的属性,以及发现一些大家可能意想不到的物理学内容。所以,科学家们对这样充满挑战的过程却充满了兴趣。

我们都知道光子只和具有电荷的粒子相连,彼此之间是很少相互作用的。当然,这也是我们必须遵循的宇宙规则之一。但如果这是宇宙的规则,那么我们怎么得到了两个没有电荷的光子相互关联起来了呢?这个问题的答案在于现代物理学中最难以理解却最诱人的一个方面,它源于量子电动力学的时髦名称。

在亚原子这个世界的图片中,所谓的光子并不一定还是光子,可能在它们的旅行中改变了自己的身份。简而言之,它并不总是光子,就像电子和光子这样的粒子,以及所有其他粒子不断地来回翻转,在一开始看起来就特别混乱,比如:光束为什么可能不是光束?为了帮助理解这样古怪的行为,我们需要借用表达式来稍微拓展我们的意识。

其实,在光子的情况下,只要它们开始旅行,虽然非常罕见,但却也能偶尔改变它的想法。它不再仅仅是一个光子,可以在这样的特定环境下变成一对粒子,并且还是带负电的电子和带正电的正电子,它们是电子的反物质伙伴,而后开始一起传播。而后,正电子和电子会相互发现,就像反物质和物质相遇会发生的那样,它们会消灭,然后奇数对将变回光子。

通常,我们管这种情况叫做虚拟粒子,因为原因复杂多样,并且无法立即进入,当这样的情况发生的时候,也可以说几乎所有情况下,你永远不会和虚拟粒子进行交互。这样的情况下,实质也是正电子和电子在进行交互,而你只能和光子交谈,虽然并不是所有情况下都是如此。

59个相互作用告诉我们宇宙是什么

在大型强子对撞机上进行的一系列实验中,研究团队花费了太多时间以接近光速的速度将铅核撞击到彼此,当然,这并不是铅颗粒之间的相互撞击,而是这些比特非常接近。铅原子需要通过电磁力来进行相互作用,整个过程中都不需要处理巨大的碰撞,这其中包括其他粒子、力和能量。也就是说,它们只是交换了很多光子。

每间隔一段时间(极少情况下),这些光子中的一个会短暂地变成由电子和正电子组成的一对,然后,另一个光子会看到其中一个电子或正电子,而后与其交谈并发生互动。也就是说,在这样的相互作用之中,光子所碰撞到的只是正电子或电子,而后在没有任何伤害的情况下熄灭。电子或者正电子,最终都找到了它的配偶,并返回到光子。

所以,两个光子相互撞击的结果,只是两个光子之间的相互反弹,但仅仅是相互交谈这个动作就已经非常了不起。到底有多了不起?经过了数亿次碰撞,研究团队检测出了59个潜在交叉路口。这59个相互作用告诉我们宇宙的光子并不总是光子,我们通过深入研究这些粒子的量子特性,就可以学到一些新的物理学知识。

比如:在一些特定推动已知粒子物理学界限的奇特模型中,这些光子相互作用发生率会有所不同,这便有可能为我们提供探索和测试这些模型的方法。虽然,目前我们并没有足够数据可以说明哪些不同模型之间的差异,但技术已然建立,我们便有了取得进展的可能。希望很快,我们就可以对这些特殊的情况有所了解。