Cuando una bola de billar golpea a otra, ambas saltan una de la otra de manera elástica. En el caso de dos fotones, nunca se ha observado un proceso similar, la colisión elástica. Físicos del Instituto de Física Nuclear de laLa Academia de Ciencias de Polonia ha demostrado, sin embargo, que dicho proceso no solo ocurre, sino que incluso pronto podría registrarse en colisiones de iones pesados en el acelerador del LHC.
Cuando los fotones chocan entre sí, ¿actúan como bolas de billar, saltando entre sí en diferentes direcciones? Nunca se ha observado tal curso de interacción entre partículas de luz, ni siquiera en el LHC, el acelerador más poderoso del mundo.Sin embargo, una observación puede ocurrir pronto, gracias a un análisis muy detallado del curso de los eventos en tal colisión, realizado por físicos del Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias IFJ PAN en Cracovia, Polonia., y recién publicado en la revista Revisión física C .
El análisis preliminar de la dispersión elástica de una colisión fotón-fotón se presentó hace varios años en un estudio realizado por científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear CERN. Científicos de Cracovia, sin embargo, financiados por una subvención del Centro Nacional de Ciencias de Polonia, han examinado el proceso con mucho más detalle. No solo se ha establecido que ocurren colisiones, sino que también se han tenido en cuenta más mecanismos de interacción entre fotones y se han predicho las direcciones en las que la mayoría de los fotones se dispersarán después de la colisión, y sipueden ser medidos. Los resultados sugieren que al menos algunos de los fotones desviados como resultado de colisiones elásticas deberían impactar en los detectores instalados por los proyectos ATLAS, CMS y ALICE. Si el fenómeno descrito realmente ocurre, y según todas las apariencias, ocurrirá,la observación sería posible en los próximos años.
"Hasta hace poco tiempo, las colisiones elásticas de fotones con fotones parecían muy improbables. Muchos físicos consideraban imposible el registro de tales colisiones en el LHC. Mientras tanto, hemos demostrado que el fenómeno puede verse, aunque no en las colisiones de protones, que ocurren con mucha más frecuencia ", dice el profesor Antoni Szczurek IFJ PAN.
El LHC choca haces de protones con protones, o haces de núcleos de plomo con núcleos de plomo. El PAN de la FIP había demostrado anteriormente que si las colisiones de protones se producían por colisiones elásticas entre fotones, el proceso no sería visible: oscurecería los fotones emitidospor un mecanismo diferente iniciado por gluones, las partículas que transportan la fuerza nuclear fuerte. Afortunadamente, los científicos polacos tenían otras ideas reservadas.
De acuerdo con las reglas de la óptica clásica, la luz no puede verse afectada por la luz. Los fotones, sin embargo, pueden interactuar entre sí a través de procesos cuánticos. Cuando dos fotones vuelan uno al lado del otro en ese instante extremadamente corto, nada impide la creación debucles 'virtuales' de quarks o leptones que incluyen electrones, muones, partículas tau, neutrinos y las antipartículas asociadas con ellos. Tales partículas se denominarían virtuales, ya que serían imposibles de ver. Sin embargo, a pesar de esto, serían responsablespara la interacción entre fotones, después de lo cual volverían a transformarse en fotones "reales". Para el observador externo, todo el proceso se vería como un fotón reflejado por el otro fotón.
Desafortunadamente, la energía de los fotones generados incluso por las fuentes de luz contemporáneas más poderosas puede registrarse solo en millones de electronvoltios. Estos son valores minúsculos, incluso para los estándares de la física nuclear moderna y la física de partículas. A estas energías, elLa probabilidad de una colisión con un proceso fotón-fotón que involucra cuántica es infinitesimal, y las corrientes de fotones necesarias para que ocurra tendrían que ser colosales.
"En esta situación, decidimos ver si las colisiones elásticas de fotones que involucran partículas virtuales pueden ocurrir durante las colisiones de iones pesados. ¡Y funcionó! Grandes cargas eléctricas en los núcleos de plomo pueden de hecho conducir a la creación de fotones. Siel proceso ocurre en colisiones de núcleos que acaban de pasar, el fotón generado por un núcleo tiene la posibilidad de chocar con los fotones producidos por el segundo. Calculamos que la probabilidad de tal curso de eventos es ciertamente pequeña, pero distinta de cero.indica que el proceso se pudo observar ", dice la Dra. Mariola Klusek-Gawenda IFJ PAN.
Curiosamente, las colisiones estudiadas teóricamente por los físicos de Cracovia fueron muy específicas, ya que no analizaron las colisiones directas de núcleos de plomo entre sí como tales, sino procesos sin contacto directo entre núcleos. La interacción ocurre entre los campos electromagnéticos de dos núcleos atómicos,que pueden volar incluso desde grandes distancias entre ellos. Estas colisiones se conocen como ultraperiféricas.
Potencialmente, los fotones pueden interactuar entre sí como resultado de otro proceso: cuando un cuanto se transforma en mesones virtuales, o pares quark-antiquark. Los mesones producidos podrían interactuar entre sí a través de la fuerza nuclear fuerte, la fuerza fundamental responsable dequarks de unión dentro de protones y neutrones. Los físicos de la FIP PAN fueron los primeros en presentar este mecanismo. Sin embargo, parece que la observación de la colisión de la luz con su participación en el evento no será posible: los fotones suaves rebotan entre sísimplemente vuele junto a los detectores que operan actualmente en el LHC.
El estudio de las colisiones elásticas fotón-fotón no solo proporciona una mejor comprensión de la física que ya conocemos. Los procesos cuánticos que llevan la interacción entre fotones podrían estar involucrados como partículas elementales, algo que aún no sabemos. Entonces, si las mediciones deLa dispersión de fotones a partir de fotones proporcionó resultados distintos a los predichos por los físicos de Cracovia, esto podría ser una señal que conduzca a una física completamente nueva involucrada en los fenómenos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Academia de Ciencias de Polonia del Instituto de Física Nuclear Henryk Niewodniczanski . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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