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研究发现光子新特性 可像皮球一样碰撞

气功修炼网   2017年09月05日 23:49   评论»  

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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性。该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。而光的粒子特性却与电子、质子等粒子不同,极少发生之间的。也就是说,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,使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。

欧洲核子研究组织(CERN)超环面仪器研究项目的资深家托维(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,只有在微观的粒子状态间才能发生,因此这个现象促进人们对微观量子特性的理解。

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。

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性,所以可以表现出很多特性,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分辨出来”。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类似带电粒子的碰撞。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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