發現光子新特性: 可像皮球一樣碰撞

2017年09月06日 11:00     評論»

2017-09-06 10:18 來源: 正見新聞

光是什麽?我們對最司空見慣的光了解多少?科學光在下具有一種出乎意料的特性。該研究不僅進一步說明一百年前愛因斯坦理論的正確,也展示微觀世界的奇妙。

根據愛因斯坦一百年前提出的光學理論,光在微觀下同時具有和震動波的兩種性質,因此在宏觀中可以展現出衍射圖相等有趣的現象。而光的粒子特性卻與電子、質子等粒子不同,極少發生光子之間的。也就是說,幾乎沒有發現光子之間出現像兩個彈力球那樣的撞擊反彈現象。

但是,家使用歐洲大型強子對撞器(LHC)的超環面儀器(A Toroidal LHC ApparatuS,縮寫為ATLAS),經過仔細篩查4兆次撞擊事件的情況,找到光子發生13次像彈力球那樣的彈性撞擊。

雖然,13次相對於4兆的比率幾乎少得接近於零,但是科學家表示,這種極為罕見的現象足以說明光子有出乎意料的性質。

歐洲核子研究組織(CERN)超環面儀器研究項目的資深家托維(Dan Tovey)在該實驗室網頁上解釋:「這是具有里程碑意義的發現。我們首次在高能量條件下,觀察到光子相互作用的直接證據。」

托維強調,這種現像在宏觀現像中是不可能出現的,只有在微觀的粒子狀態間才能發生,因此這個現象促進人們對微觀量子特性的理解。

該現象引起科學家的極大興趣。參与超環面儀器實驗研究的科學家之一、倫敦大學學院(UCL)的布特沃斯(Jon Butterworth)教授9月3日在《衛報》上寫道,日常生活中,我們不可能看到兩束碰到一起時,能像兩個皮球那樣互相彈開,而在微觀下卻能。

布特沃斯教授進一步解釋,因為不同光線具有不同的波長等特性,所以可以表現出很多特性,比如激光不像普通光線那樣散成一片,而是聚成一束。

而在大型強子對撞器製造的高能狀態下,微觀中的光子向小球一樣,可以互相彈離,在學術上被稱為「彈性散射」(elastic scattering)。

另據《科學新聞》(Science News)8月14日報導,倫敦大學國王學院(KCL)的理論學家埃利斯(John Ellis)評述,這種出乎意料的光子彈性散射是「非常本質的現象。以前從未觀察到,而現在終於能從數據中分辨出來」。埃利斯未參与該研究。

按照物理學基本原理,不帶電荷的光子不可能發生類似帶電粒子的碰撞。但事實上,微觀下存在光子間的碰撞現象,這一點可以從量子學角度理解。

微觀世界中,物質包括光的存在狀態都與我們宏觀所見的截然不同。

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