Fysiker från ATLAS-experimentet vid CERN har hittat det första direkta beviset på spridning av ljus för ljus med hög energi, en mycket sällsynt process där två fotoner - ljuspartiklar - interagerar och ändrar riktning. Resultatet, publicerad idag i Naturfysik , bekräftar en av de äldsta förutsägelserna för kvantelektrodynamik (QED).

"Detta är ett milstolpsresultat:det första direkta beviset på ljus som interagerar med sig själv vid hög energi, "säger Dan Tovey (University of Sheffield), ATLAS fysikkoordinator. "Detta fenomen är omöjligt i klassiska teorier om elektromagnetism; därför ger detta resultat ett känsligt test av vår förståelse av QED, kvantteorin om elektromagnetism. "

Direkta bevis för ljus-för-ljus-spridning vid hög energi hade visat sig gäckande i årtionden-tills Large Hadron Colliders andra körning började 2015. När gaspedalen kolliderade blyjoner vid oöverträffade kollisionshastigheter, att få bevis för ljus-för-ljus-spridning blev en verklig möjlighet. "Denna mätning har varit av stort intresse för tungjon- och högenergifysikgemenskapen i flera år, eftersom beräkningar från flera grupper visade att vi kan uppnå en signifikant signal genom att studera bly-jon-kollisioner i körning 2, "säger Peter Steinberg (Brookhaven National Laboratory), ATLAS Heavy Ion Physics Group Convener.

Kraftiga jonkollisioner ger en unik ren miljö för att studera ljus-för-ljus-spridning. När buntar av blyjoner accelereras, ett enormt flöde av omgivande fotoner genereras. När joner möts i mitten av ATLAS -detektorn, väldigt få kolliderar, men deras omgivande fotoner kan interagera och sprida av varandra. Dessa interaktioner är kända som "ultraperifera kollisioner".

Studerar mer än 4 miljarder händelser som gjordes 2015, ATLAS-samarbetet hittade 13 kandidater för ljus-för-ljus-spridning. Detta resultat har en betydelse av 4,4 standardavvikelser, tillåter ATLAS -samarbetet att rapportera de första direkta bevisen på detta fenomen med hög energi.

"Att hitta bevis för denna sällsynta signatur krävde utveckling av en känslig ny" trigger "för ATLAS -detektorn, "säger Steinberg." Den resulterande signaturen - två fotoner i en annars tom detektor - är nästan den diametriska motsatsen till den oerhört komplicerade händelse som vanligtvis förväntas från kollisioner med blykärnor. Den nya utlösarens framgångar med att välja dessa händelser visar systemets kraft och flexibilitet, såväl som skickligheten och expertisen hos analys- och triggergrupperna som utformade och utvecklade den. "

ATLAS-fysiker kommer att fortsätta studera ljus-för-ljus-spridning under den kommande LHC-tungjonkörningen, planerad till 2018. Mer data kommer att förbättra resultatens precision ytterligare och kan öppna ett nytt fönster för studier av ny fysik. Dessutom, studien av ultraperifera kollisioner bör spela en större roll i LHC-tungjonprogrammet, eftersom kollisionsfrekvensen ytterligare ökar i körning 3 och senare.