Billede: ATLAS Samarbejde/CERN
Partikelacceleratorer har en masse vigtige job, som leder efter nye ting ved at smække stråler af gamle ting sammen. Men en ny partikel-accelerator observation har formået at være vigtigt, mens du gør næsten præcis det modsatte af, hvad vi ville forvente. Fysikere har fundet beviser for svære at opdage ting, tja, ikke smække partikler sammen.
Her er hvad jeg mener: Ved at tage fordel af den elektriske ladning af ioner, eller atomer, sans elektroner, et team af fysikere i ATLAS-eksperimentet af Large Hadron Collider i Genève i Schweiz har fundet direkte beviser for, at fotoner eller lyspartikler, scatter ud af hinanden. Klassisk high school fysik udtrykkeligt forbyder, at dette sker, men kvantemekanikkens teori regulerer lys-partikler har siden fastslået, at den bør. Men direkte at måle høj-energi fotoner spredning ud af hinanden, har været et reelt problem. Indtil nu, selvfølgelig.
“Du bare kigger på to fotoner kolliderer og to, der kommer ud, og intet andet,” Peter Steinberg, der er fysiker ved Brookhaven National Labs og en del af ATLAS-samarbejde, fortalte Gizmodo. “Det er fantastisk målinger fra dette program.”
Hvis du kan huske high school fysik, to lysbølger bør lægges oven på hinanden i en bølge, når de kommer i kontakt med. Men lys, i sin mindste enhed, kan også fungere som en partikel. Mens de studerer, hvordan elektromagnetisme, der virker for de enkelte partikler, fysikere indså, at fotoner kan komme i kontakt med hinanden, udveksle oplysninger, og derefter spredte. Den udfordring blev, hvordan til at opdage en sådan proces.
Andre eksperimenter har observeret udbredelse, men ved lavere energier, med nogle forbehold, og kun indirekte (de havde ikke sendt to fotoner i og set to fotoner kommer ud). Men med den høj-energi stråler af Large Hadron Collider til deres rådighed, fysikere på ATLAS-eksperimentet havde mulighed for at observere fænomenet, og de har offentliggjort deres resultater i Nature Physics i går (selvom jeg vil bemærke, at de har været tilgængelige på arXiv for en stund).
Large Hadron Collider er sandsynligvis mere kendt for kolliderende stråler af protoner sammen—dette er, hvordan forskere har fundet Higgs-Partiklen. Men denne beregning er muddier, med flere protoner kolliderer på samme tid. Den nye opdagelse i stedet kom fra collider ‘ s heavy ion-løb, som kolliderer føre atomer frataget deres elektroner. Fysikerne se på data, hvor de kolliderende stråler af bly helt savner den ene den anden, så i stedet bare den høj-energi fotoner er overladt til at interagere. Partiklerne udveksle oplysninger med hinanden via en form for udsving i rummet, og skyde ud i modsatte retninger, hvis man ser på langs ned ATLAS-cylinder (som vist i det nederste venstre hjørne af billedet ovenfor).
Jeg tror det er ligesom en skare af løbere, der kører med hver andre, og at kaste med sten mod hinanden, i modsætning til et par af elefanter, der kører af og kaster sten mod hinanden. En slags.
“Den store el-afgift er en stor del af ioner, der ellers er mest brugt for deres store mængde af nucleons, André David, en videnskabsmand til ATLAS’ s rival CMS-gruppen, fortalte Gizmodo i en Twitter direkte besked. Det betyder, at de er anvendelige til denne form for fysik, der kun kræver, at den kraft partikel af elektromagnetisme, fotoner.
Fotoner spredning af hinanden, er også noget, fysikere, der forventes at finde. “Dette resultat er interessant, men ikke virkelig uventede. Kvante Elektrodynamik er en af de bedst etablerede teorier i fysik, og dette fænomen (foton-foton interaktion), der var forventet. Overraskelsen ville have været, hvis der ikke observere det,” Joao Varela, en anden forsker ved CMS, fortalte Gizmodo i en e-mail.
Det er stadig en big deal. “Selvfølgelig var det en enorm eksperimentelle succes at gøre den bemærkning,” sagde han. Men det er vigtigt at bemærke, at forskerne kun observeret et 4.4 sigma signal over baggrundsstøjen. Det betyder, at på trods af vanskeligheden i at gøre målingen mere data er forpligtet til at ramme de fem-sigma benchmark partikel fysikere kræver at annoncere en ægte opdagelse. Og denne vanskelige opdagelse kom fra kun 13 kandidat begivenheder, fra fire milliarder samlede begivenheder i 2015, ifølge CERN pressemeddelelse.
Når opdagelsen sker, er dog, at disse foton-foton spredning begivenheder kan bruges til at hjælpe med at opdage alle mulige skøre potentielle fysik, som nye partikler, interesseret?… hvem ved.
“Vi har brug for flere data for at håndtere denne ting,” sagde Steinberg. Men når vi får der, og når vi kan opsætte den rigtige eksperimenter, “det er en hel zoologisk have.”
[Nature Physics]