光与光相遇后会发生什么？

上图描述了检测到的光散射现象。照片来源:ATLAS/CERN

光是一种神奇的东西。它由称为光子的亚原子粒子组成，但它具有波动性质(干涉和衍射)。现代物理学也证实了光具有波粒二象性。光子将产生纠缠态，即多粒子叠加。它们会反射、衍射和折射。它们有角动量，但没有质量。

从来没有人观察到光线像斯诺克球一样相互碰撞后会改变方向。然而，欧洲核子研究中心的ATLAS是大型强子对撞机(LHC)的七个实验探测器之一，它观察到了这种现象的第一次实际发生，其中两个光束互相碰撞，然后改变了它们的轨道。

这种现象是“测不准原理”中的一种光散射现象，1936年汉斯·海因里希·欧拉和沃纳·海森堡首次描述了这种现象，1951年罗伯特·卡普勒斯和莫里斯·纽曼推导了计算公式。这一现象表明，当光被施加到另一个光粒子上时，光波的一部分将被粒子散射，从而指示粒子的位置。

德国电子同步加速器研究中心的研究员马特斯·达因达尔(Mateusz Dyndal)说:“根据经典电动力学，光通过光时不会发生散射，因为光通过非均匀介质时会发生散射。”

"但是如果把量子物理学考虑在内，光就会被光散射，尽管这种现象似乎不太可能发生。"

伦敦大学学院的物理学教授乔恩·巴特沃斯在他为《卫报》写的一篇文章中把这两束光比作两个橡皮球。

环形仪器的实验观察始于2015年，在大型强子对撞机中，铅核高速碰撞。这种粒子的能量高于粒子加速器中通常使用的质子的能量，这意味着实验中有一束致密的粒子束。这种高能光再次与光碰撞，一种神奇的散射现象出现了。

重离子(质量大于4的原子核)通常不会碰撞，但光子会经历所谓的非弹性碰撞，即当粒子在碰撞过程中跃迁到另一个能级时会发生散射。

在研究小组分析的40亿个事件中，他们发现了13个候选事件。这些事件的共同点是，这两个光子在相互作用后改变了方向，而不是透射和会聚成一束光。

如上图所示，环形仪器检测到两个光子在圆的中心相遇，而黄色和绿色区域代表散射光子沉积的能量。

物理研究员丹·托维(Dan Tovey)说:“这是一个里程碑式的结果，也是历史上第一个光可以与自身相互作用的证据。”

这项研究发表在《自然物理学》杂志上。

蝌蚪工作人员从sciencealert编译，翻译狗Gege，转载必须授权。