CERN首次看见高能量光与自己互动

超环面仪器实验

一项很关键关于光的量子理论预测已经被欧洲核子研究组织(CERN)证实。欧洲研究所的物理学家第一次看见高能量的光子对光子相互作用，两颗光粒子彼此“相撞”，并改变方向。

称为光与光散射(light-by-light scattering)的过程，是量子电动力学(quantum electrodynamics，QED)最早的预测之一，即电磁学的量子理论。如同自然物理学(Nature Physics)期刊所报导，该团队在2015年仔细检查超过40亿个事件，然后发现13个光子相互作用的候选者。

这种现象逃避了数十年的观察，由于超环面仪器实验(ATLAS experiment)难以置信的(和增加的)能力，这种侦测才变成有可能。以前的计算认为，侦测器可能在重离子碰撞事件当中，发现光子相互作用的证据，铅原子核在那里猛烈撞击在一起。

通常，重离子被用来研究宇宙中一些最极端的条件，其中的一些自大爆炸以来一直不存在。寻找它们是艰苦的工作，因为当离子束碰撞时，并没有太多的铅原子合并。由于这个原因，这些研究人员寻找其他可以让他们在这些实验中留意的东西，然后理解到重离子周围的光子能够突然彼此相互作用和弹出。

ATLAS重离子物理学团队召集人Peter Steinberg在一份声明中说：“寻找这种罕见特征的证据，需要为ATLAS侦测器开发出新的敏锐『触发器』。特征的结果是，两个光子在空荡荡的侦测器中，与铅核碰撞复杂事件的典型期待，几乎是完全相反。新的触发器在选择这些事件的成功，展示出系统的能力和灵活性，以及设计和开发这个系统的分析和触发器团队的技能和专长。”

这项侦测具有4.4 sigmas的信任度，或99.9989%的信任度，几乎是在黄金标准的5 sigmas，粒子物理学发现的门槛。当大型强子对撞机开始下一回合的重离子碰撞时，这个数字将在明年被改善。这些研究人员期待会比上一次有更多的碰撞。

ATLAS物理学协调员Dan Tovey补充：“这个结果是一项里程碑：光在高能量的自我相互作用的第一个直接证据。这种现象在电磁学的传统理论是不可能的，因此，这个结果为我们对量子电动力学的理解，提供一个敏锐的检定。”

新数据肯定会改善精确度，甚至可能会发现新的和意料不到的物理学例子。

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