„Tai itin svarbus rezultatas: pirmasis tiesioginis įrodymas, kad aukštų energijų šviesa sąveikauja su savimi“, – sako ATLAS fizikos koordinatorius, Šefildo universiteto (Jungtinė Karalystė) mokslininkas Danas Tovey. „Klasikinėse elektromagnetizmo teorijose toks fenomenas neįmanomas; tad šis rezultatas yra labai jautrus mūsų supratimo apie QED, kvantinę elektromagnetizmo teoriją, patikrinimas“, – pridūrė mokslininkas.
Klasikinis požiūris turi rimtą empirinį pagrindą – net pačių tolimiausių žvaigždžių šviesa astronomus pasiekia nepakitusi, nors jos kosminiame kelyje pilna visokiausio spinduliavimo, pradedant kosmine fonine radiacija. Tačiau netgi atsklidusiame per milijardus šviesmečių spinduliavime nėra požymių, kad keliaudami iki teleskopo, fotonai būtų sąveikavę su kokiu nors kitu elektromagnetiniu spinduliavimu.
Kvantinės elektrodinamikos požiūriu, tai priklauso tik nuo energijos. Priminsime, kad fotonas turi energiją, kuri tiesiogiai proporcinga jo dažniui, arba atvirkščiai proporcinga bangos ilgiui, t. y. violetinės spalvos fotono (bangos ilgis 0,38 µm) energija didesnė, nei raudonos spalvos fotono (0,77 µm), o rentgeno fotonas jiems abiems šluosto nosį. Kad dviejų fotonų sąveikos tikimybė būtų pakankamai didelė, jų energija irgi turi būti nemenka. Tiksliau, netgi labai didelė: ne viena skaičiaus dydžio eile didesnė už rentgeno.
Tiesioginių didelės energijos šviesos tarpusavio sklaidymo įrodymus bandyta gauti ne vieną dešimtmetį – kol galiausiai 2015 metais buvo pradėtas antrasis LHC naudojimo etapas. Kadangi greitintuvas atlikdavo daugybę neregėtai galingų švino jonų sudaužimų, šviesos išsklaidymo šviesa įrodymų gavimas tapo realia galimybe. „Šis išmatavimas kelerius metus itin domino sunkiųjų jonų ir aukštų energijų fizikų bendruomenes, nes kelių grupių skaičiavimai rodė, kad gali pavykti aptikti reikšmingą signalą, tiriant švino jonų susidūrimus antrajame LHC etape („Run 2“)“, – sako ATLAS sunkiųjų jonų fizikos grupės vadovas Peteris Steinbergas, dirbantis Brookheiveno nacionalinėje laboratorijoje JAV.
Sunkiųjų jonų susidaužimai suteikia unikaliai švarią aplinką tyrinėti šviesos tarpusavio sąveiką. Greitinant švino jonus sukuriamas neįtikėtinai stiprus fotonų srautas. Kai jonai susitinka ATLAS detektoriaus centre, labai maža jų dalis jų susiduria, tačiau juos supantys fotonai gali sąveikauti tarpusavyje ir išsklaidyti vienas kitą. Tokios sąveikos vadinamos „ultraperiferiniais susidūrimais“.
Tyrinėdami daugiau nei 4 milijardus 2015 metais užfiksuotų įvykių, ATLAS mokslininkai aptiko 13 šviesa-šviesa išsklaidymo kandidatų. Šio rezultato reikšmingumas yra 4,4 standartinis nuokrypis, tad ATLAS mokslininkai galėjo pranešti apie pirmą tiesioginį tokio reiškinio užfiksavimą.
„Šio reto įvykio užfiksavimui reikėjo sukurti naują jautrų ATLAS detektoriaus „nuleistuką“. „Gaunamas vaizdas — du fotonai tuščiame detektoriuje — yra praktiškai diametraliai priešingas neįtikėtinai sudėtingiems įvykiams, kokių galima būtų tikėtis iš švino jonų susidūrimų. Tokių įvykių fiksavimo sėkmė rodo sistemos galią ir lankstumą, o taip pat jį sugalvojusių ir sukūrusių analizės grupių žinias ir įgūdžius“, – sako P.Steinbergas.
ATLAS fizikai tęs šviesos sklaidymą šviesa per būsimą LHC sunkiųjų jonų gretintuvo paleidimą, suplanuotą 2018 m. Daugiau duomenų dar pagerins rezultato tikslumą ir gali atverti naujos fizikos tyrinėjimų langą. Be to, ultraperiferiniai susidūrimai turėtų suvaidinti svarbesnį vaidmenį LHC sunkiųjų jonų programoje, nes susidūrimų bus dar daugiau per „Run 3“ ir vėlesniuose greitintuvo naudojimo etapuose.
Išsamiai su tyrimo ataskaita galima susipažinti čia.
