Sekiranya anda tidak sedar, foton adalah sedikit cahaya kecil. Malah, mereka adalah sedikit cahaya yang mungkin. Apabila anda menghidupkan lampu, jumlah foton raksasa memancut dari mentol itu dan membanting ke mata anda, di mana ia diserap oleh retina anda dan bertukar menjadi isyarat elektrik supaya anda dapat melihat apa yang anda lakukan.
Jadi, anda boleh membayangkan betapa banyak foton mengelilingi anda pada satu-satu masa. Bukan hanya dari lampu di dalam bilik anda, tetapi foton juga menyusuri tingkap dari matahari. Bahkan badan anda sendiri menghasilkan foton, tetapi semuanya turun di dalam tenaga inframerah, jadi anda memerlukan goggle penglihatan malam untuk melihatnya. Tetapi mereka masih ada.
Dan, tentu saja, semua gelombang radio dan sinar ultraviolet dan semua sinar lain sentiasa membombardir anda dan segala yang lain dengan aliran foton yang tidak berkesudahan.
Ia foton mana-mana.
Ini paket kecil cahaya tidak sepatutnya berinteraksi antara satu sama lain, pada dasarnya tidak mempunyai "kesedaran" yang lain ada. Undang-undang fizik adalah sedemikian rupa sehingga satu foton hanya berlalu oleh yang lain dengan interaksi sifar.
Itulah yang fikir ahli fizik, sekurang-kurangnya. Tetapi dalam satu percubaan baru di dalam smasher atom yang paling kuat di dunia, penyelidik mendapat gambaran yang mustahil: foton menabrak satu sama lain. Tangkapan? Foton ini sedikit dari permainan mereka, bermakna mereka tidak bertindak seperti diri mereka dan sebaliknya telah menjadi "maya" buat sementara waktu. Dengan mengkaji interaksi yang sangat jarang ini, ahli fizik berharap dapat mendedahkan beberapa sifat asas cahaya dan mungkin juga menemui fizik tenaga tinggi baru, seperti teori bersatu besar dan (mungkin) supersimetri.
Sentuhan ringan
Biasanya, ia adalah satu perkara yang baik bahawa foton tidak berinteraksi antara satu sama lain atau melantun satu sama lain, kerana itu akan menjadi rumah gila total dengan foton tidak pernah pergi ke mana-mana dalam apa-apa jenis garis lurus. Jadi, bersyukurlah, dua foton hanya akan tergelincir antara satu sama lain seolah-olah yang lain tidak ada.
Maksudnya, kebanyakan masa.
Dalam eksperimen tenaga tinggi, kita boleh (dengan banyak elektro siku) mendapatkan dua foton untuk menyerang satu sama lain, walaupun ini berlaku sangat jarang. Fizik berminat dalam proses semacam ini kerana ia mendedahkan beberapa sifat yang sangat mendalam sifat cahaya itu sendiri dan dapat membantu untuk mengungkap beberapa fizik yang tak terduga.
Foton jarang sekali berinteraksi dengan satu sama lain kerana mereka hanya menyambung dengan zarah yang mempunyai caj elektrik. Ia hanya satu daripada peraturan alam semesta yang kita perlu hidup. Tetapi jika ini adalah peraturan alam semesta, maka bagaimanakah kita dapat memperoleh dua foton, yang tidak mempunyai pertuduhan, untuk menyambung satu sama lain?
Apabila foton tidak
Jawapannya terletak pada salah satu aspek fizik moden yang paling tidak dapat dipertimbangkan dan lazat, dan ia diterjemahkan oleh nama elektrodinamika kuantum.
Dalam gambar dunia subatomik ini, foton tidak semestinya foton. Well, sekurang-kurangnya, ia tidak selalu foton. Zarah-zarah seperti elektron dan foton dan semua yang lain-terus-menerus flip ke belakang dan sebagainya, menukar identiti semasa mereka melakukan perjalanan. Nampaknya mengelirukan pada mulanya: Bagaimana boleh, katakan, rasuk cahaya menjadi apa-apa selain daripada sinar cahaya?
Untuk memahami kelakuan yang aneh ini, kita perlu mengembangkan kesedaran kita sedikit (untuk meminjam ungkapan).
Dalam kes foton, semasa perjalanan, sekali-sekala (dan ingat bahawa ini sangat jarang sekali), seseorang boleh mengubah fikirannya. Dan bukannya hanya foton, ia boleh menjadi sepasang zarah, elektron yang bermuatan negatif dan positron bermuatan positif (pasangan antimatter elektron), yang bergerak bersama-sama.
Keriput dan anda akan merinduinya, kerana positron dan elektron akan saling menemui, dan, seperti yang terjadi ketika materi dan antimateri bertemu, mereka akan memusnahkan, poof. Pasangan ganjil akan berubah menjadi foton.
Untuk pelbagai sebab yang terlalu rumit untuk masuk ke dalam sekarang, apabila ini berlaku, pasangan ini dipanggil zarah maya. Cukuplah untuk mengatakan bahawa dalam hampir semua kes anda tidak dapat berinteraksi dengan zarah-zarah maya (dalam kes ini, positron dan elektron), dan anda hanya boleh bercakap dengan photon.
Tetapi tidak dalam setiap kes.
Cahaya dalam kegelapan
Dalam satu siri uji kaji yang dikendalikan oleh kerjasama ATLAS di Collier Hadron Besar di bawah sempadan Perancis-Swiss dan baru-baru ini dikemukakan ke jurnal preprint arXiv dalam talian, pasukan menghabiskan terlalu banyak masa membanting nukleus memimpin ke satu sama lain pada hampir kelajuan cahaya . Bagaimanapun, mereka sebenarnya tidak membiarkan zarah-zarah utama memukul antara satu sama lain; sebaliknya, bit baru datang sangat, sangat, sangat, sangat dekat.
Dengan cara ini, bukannya harus berurusan dengan kekacauan raksasa perlanggaran, termasuk banyak zarah tambahan, kuasa dan tenaga, atom utama hanya berinteraksi melalui daya elektromagnetik. Dalam erti kata lain, mereka hanya menukar banyak foton.
Dan setiap sekali-sekala - sangat, sangat jarang - salah satu daripada foton itu akan secara ringkas berubah menjadi pasangan yang terdiri daripada positron dan elektron; maka foton lain akan melihat salah satu daripada positron atau elektron dan bercakap dengannya. Satu interaksi akan berlaku.
Sekarang, dalam interaksi ini, foton hanya jenis benjolan ke dalam elektron atau positron dan dimatikan dengan cara yang meriah tanpa sebarang bahaya. Akhirnya, positron atau elektron menjumpai pasangannya dan kembali menjadi foton, jadi hasil dari dua foton yang memukul satu sama lain hanya dua foton yang melompat-lompat satu sama lain. Tetapi bahawa mereka dapat bercakap antara satu sama lain sama sekali luar biasa.
Betapa luar biasa? Nah, selepas trillions apabila trillions perlanggaran, pasukan mengesan sejumlah besar 59 persimpangan potensial. Hanya 59.
Tetapi apa 59 interaksi memberitahu kita tentang alam semesta? Untuk satu, mereka mengesahkan gambar ini bahawa foton tidak selalu foton.
Dan dengan menggali sifat semulajadi zarah-zarah ini, kita boleh belajar beberapa fizik baru. Sebagai contoh, dalam beberapa model mewah yang menolak sempadan fizik zarah yang diketahui, interaksi foton ini berlaku pada kadar yang sedikit berbeza, berpotensi memberi kita cara untuk meneroka dan menguji model-model ini. Sekarang, kami tidak mempunyai data yang mencukupi untuk memberitahu perbezaan antara mana-mana model ini. Tetapi sekarang bahawa teknik itu ditubuhkan, kita mungkin hanya membuat beberapa kemajuan.
Dan anda perlu menjelaskan alasan yang sangat jelas di sini, tapi semoga tidak lama lagi, kita dapat memberikan sedikit gambaran mengenai keadaan.
Paul M. Sutter adalah ahli astrofizik di The Ohio State University, tuan rumah "Tanya Spaceman" dan "Radio Angkasa,"dan pengarang"Tempat Anda di Semesta."
