Bilde: ATLAS Samarbeid/CERN
Partikkel hurtigvalg har mange viktige jobber, som ser etter nye ting av slamming bjelker av gamle ting sammen. Men en ny partikkel-akselerator observasjon har klart å være viktig mens du gjør nesten nøyaktig det motsatte av hva vi forventer. Fysikere har funnet bevis for vanskelig å oppdage ting av, vel, ikke slamming partikler sammen.
Her er hva jeg mener: Ved å dra nytte av den elektriske ladningen av ioner, eller atomer sans elektroner, et team av fysikere ved ATLAS-eksperimentet til Store Hadron Collider i Geneve, Sveits har funnet direkte bevis på at fotoner, eller partikler av lys, scatter-off av hverandre. Klassiske high school fysikk uttrykkelig forbyr dette skjer, men quantum mechanics teori som styrer lys partikler har siden bestemt det skal. Men direkte måling høy-energi fotoner spredning av hverandre, har vært et reelt problem. Inntil nå, selvfølgelig.
“Du er bare å se på to fotoner kollidere og to kommer ut, og ikke noe annet,” Peter Steinberg, fysiker ved Brookhaven National Labs er en del av ATLAS samarbeid, fortalte Gizmodo. “Disse er spektakulære målinger fra dette programmet.”
Hvis du husker high school fysikk, to lys bølger skal legge til en annen i en bølge når de kommer i kontakt med. Men lys, i det minste enheten, kan også fungere som en partikkel. Mens han studerte hvordan elektromagnetisme fungerer for individuelle partikler, fysikere har innsett at fotoner kan komme i kontakt med hverandre, utveksle informasjon, og deretter scatter. Utfordringen ble hvordan å oppdage en slik prosess.
Andre eksperimenter har observert spredning, men ved lavere energier, med noen forbehold, og bare indirekte (de hadde ikke sendt to fotoner i og sett to fotoner kommer ut). Men med høy-energi bjelker av Large Hadron Collider til rådighet, fysikere ved ATLAS-eksperimentet hadde mulighet til å observere fenomenet direkte, og publiserte sine resultater i Naturen Fysikk i går (selv om jeg vil merke at de har vært tilgjengelig på arXiv for en liten stund).
The Large Hadron Collider er trolig mer kjent for å kollidere bjelker av protoner sammen—dette er hvordan forskere funnet Higgs-Bosonet. Men at beregningen er muddier, med mer protoner kolliderer på samme tid. Det nye oljefunnet i stedet kom fra collider er heavy ion run, som kolliderer bly atomer fratatt sine elektroner. Den fysikere ser på data hvor kollidere bjelker av bly helt glipp av en annen, så i stedet, bare høy-energi fotoner er venstre til å samhandle. Partiklene utveksle informasjon med hverandre via en slags svingninger i verdensrommet, og skyte seg i motsatte retninger, hvis du ser på langs ned ATLAS-sylinder (som vist i nedre venstre hjørne av bildet ovenfor).
Jeg antar det er som en flokk av løpere som kjører etter hverandre og kaste stein på hverandre, i motsetning til et par av elefanter kjører av og kaster stein på hverandre. På en måte.
“Stor elektrisk ladning er en flott funksjon av ioner som ellers er mest brukt for de store mengder nucleons, André David, en forsker for ATLAS’ s rival CMS gruppe, fortalte Gizmodo i en Twitter-melding. Det betyr at de er nyttige for denne typen fysikk som bare krever styrke partikkel av elektromagnetisme, fotoner.
Fotoner spredning av hverandre, er også noe fysikere forventet å finne. “Dette resultatet er interessant, men egentlig ikke uventet. Quantum Electrodynamics er en av de best etablerte teorier i fysikken, og dette fenomenet (foton-foton interaksjon) som var forventet. Overraskelsen ville ha vært ikke observere det,” Joao Varela, en forsker ved CMS, fortalte Gizmodo i en e-post.
Det er fortsatt en stor avtale. “Det var selvfølgelig en enorm eksperimentelle suksess å gjøre observasjon,” sa han. Men det er viktig å merke seg at forskerne kun observert et 4.4 sigma signal over bakgrunnsstøyen. Det betyr at til tross for vanskelighetene i å gjøre måling, mer data er nødvendig for å treffe fem-sigma benchmark partikkel fysikere trenger for å kunngjøre en sann discovery. Og dette vanskelig oppdagelsen kom fra bare 13 kandidat arrangementer, fra over fire milliarder kroner totalt hendelser i 2015, i henhold til CERN pressemelding.
Når discovery skjer, selv om disse foton-foton spredning hendelser kan brukes for å oppdage alle slags sprø potensielle fysikk, som nye partikler, magnetiske enpoler… hvem vet.
“Vi trenger mer data for å løse det der,” sa Steinberg. Men når vi får det, og når kan vi sette opp den rette eksperimenter, “det er en hel dyrehage.”
[Arten Fysikk]