Coliziunea fotonilor produce perechi de particule purtătoare de forţă nucleară slabă
Fizicienii implicați în Colaborarea ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) din cadrul acceleratorului de Hadroni LHC (Large Hadron Collider) al CERN au observat producerea de bosoni W, particule elementare purtătoare de forţă nucleară slabă, în urma coliziunii fotonilor.
Acest nou rezultat confirmă una dintre principalele previziuni ale teoriei interacţiunii electroslabe, aceea că particulele purtătoare de forţă pot interacționa cu ele însele.
În viața de zi cu zi, două fascicule de fotoni care se intersectează respectă regulile electrodinamicii clasice și nu se deviază, nu se absorb și nu se perturbă reciproc.
Cu toate acestea, la energiile mari care sunt atinse în coliziunile din interiorul acceleratorului de particule Large Hadron Collider (LHC), efectele electrodinamicii cuantice devin importante.
Pentru o scurtă perioadă de timp, fotonii radiați de fasciculele de protoni din acclerator se pot împrăștia și transforma într-o pereche particulă-antiparticulă ce apare ca o interacțiune foton-foton în detector. Acest proces a fost observat, pentru prima dată, de Colaborarea ATLAS în anul 2019.
Într-adevăr, Modelul Standard descrie electrodinamica cuantică ca parte a teoriei interacţiunii electroslabe, care prezice că particulele purtătoare de forță, bosonii W, bosonul Z și fotonul, interacționează cu materia obișnuită și între ele.
Procesul observat apare într-un tip foarte rar de fenomen în care doi fotoni se ciocnesc şi produc direct doi bosoni W, de sarcină electrică opusă.
Acest proces are loc atunci când protoni cu energie ridicată sunt implicaţi în „coliziuni periferice” în care câmpurile lor electromagnetice interacționează.
Coliziunea fotonilor produce perechi de bosoni W. Credit: Colaborarea ATLAS / CERN.
Fotonii din aceste câmpuri se împrăștie unii pe alţii şi produc o pereche de bosoni W care lasă o semnătură distinctă în experimentul ATLAS.
Întrucât protonii implicaţi în aceste interacţiuni rămân intacţi, singurele particule detectabile produse în interacțiune sunt produsele vizibile de dezintegrare ale bosonilor W și anume, pentru această măsurare, un electron și un miuon cu sarcină electrică opusă.
Fizicienii din cadrul ATLAS au identificat un total de 307 evenimente candidat în datele înregistrate de experiment în perioada 2015-2018, dintre care 174 au fost atribuite interacţiunilor foton-foton a perechilor de bosoni W și altor evenimente rezultate în urma unor diferite procese de fond.
O astfel de constatare corespunde unei semnificații statistice de 8,4 abateri standard, care este cu mult peste criteriul stabilit de 5 abateri standard, care implică observarea fără echivoc a unui anumit proces.
„Această observație deschide o nouă perspectivă studiului experimental în LHC folosind fotoni în starea inițială.
Este ceva unic, deoarece implică doar cuplaje între purtători de forță electroslabă într-un mediu dominat de interacţiunile tari”, a declarat Dr. Karl Jakobs, purtătorul de cuvânt al Colaborării ATLAS.
Sursă: Sci-News