研究发现光子新特点,可像皮球一样碰撞

研究发现光子新特点,可像皮球一样碰撞

  光是什么?我们对最司空见惯的光了解多少?科学家发现光在微观下具有一种出乎意料的特点。该研究不仅进一步说明一百年前爱因斯坦理论的正确,也展示微观世界的奇妙。

  根据爱因斯坦一百年前提出的光学理论,光在微观下同时具有粒子和震动波的两种性质,因此在宏观中可以展现出衍射图相等有趣的现象。而光的粒子特点却与电子、质子等粒子不同,极少发生光子之间的碰撞。也就是说,科学家几乎没有发现光子之间出现像两个弹力球那样的撞击反弹现象。
  但是,科学家运用欧洲大型强子对撞器(LHC)的超环面仪器(A Toroidal LHC ApparatuS,缩写为ATLAS),经过仔细筛查4兆次撞击事件的情况,找到光子发生13次像弹力球那样的弹性撞击。
  虽然,13次相对于4兆的比率几乎少得接近于零,但是科学家表示,这种极为罕见的现象足以说明光子有出乎意料的性质。

研究发现光子新特点,可像皮球一样碰撞

  光子发生碰撞的模式图

  欧洲核子研究组织(CERN)超环面仪器研究项目的资深物理学家托维(Dan Tovey)在该实验室网页上解释:“这是具有里程碑意义的发现。我们首次在高能量条件下,观察到光子相互作用的直接证据。”
  托维强调,这种现象在宏观现象中是不可能出现的,只有在微观的例子状态栈才能发生,因此这个现象促进人们对微观量子特点的理解。
  该现象引起科学家的极大兴趣。参与超环面仪器实验研究的科学家之一、伦敦大学学院(UCL)的物理学家布特沃斯(Jon Butterworth)教授9月3日在《卫报》上写道,日常生活中,我们不可能看到两束光线碰到一起时,能像两个皮球那样互相弹开,而在微观下却能。

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  光子是否也像原子核那样由更基本的粒子组成?

  布特沃斯教授进一步解释,因为不同光线具有不同的波长等特点,所以可以表现出很多特点,比如激光不像普通光线那样散成一片,而是聚成一束。而在大型强子对撞器制造的高能状态下,微观中的光子向小球一样,可以互相弹离,在学术上被称为“弹性散射”( elastic scattering )。
  另据《科学新闻》(Science News) 8月14日报导,伦敦大学国王学院(KCL)的理论物理学家埃利斯(John Ellis)评述,这种出乎意料的光子弹性散射是“非常本质的现象。以前从未观察到,而现在终于能从数据中辨别出来”。埃利斯未参与该研究。
  按照物理学基本原理,不带电荷的光子不可能发生相似带电粒子的碰撞。但事实上,微观下存在光子间的碰撞现象,这一点可以从量子学角度理解。微观世界中,物质包括光的存在状态都与我们宏观所见的截然不同。
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