ATLAS zaznamenal první přímý důkaz rozptylu světla světlem při vysokých energiích

Ženeva, 14. srpna 2017. Fyzici experimentu ATLAS v CERNu nalezli první důkaz rozptylu světla světlem při vysokých energiích, velmi vzácný proces, ve kterém dva fotony – částice světla – interagují a změní směr. Tento výsledek, publikovaný dnes v Nature Physics, potvrzuje jednu z nejstarších předpovědí kvantové elektrodynamiky (QED).

"Jedná se o milník: první přímý důkaz o tom, že světlo interaguje samo se sebou při vysokých energiích,” říká Dan Tovey, koordinátor experimentu ATLAS. “Tento jev není možný v rámci klasických teorií elektromagnetismu, takže jde o citlivý test našeho chápání kvantové elektrodynamiky."

Přímý důkaz rozptylu světla světlem při vysoké energii byl po mnohá desetiletí nedosažitelný – až do druhéhu běhu (Run 2) Velkého hadronového uryhclovače (LHC), který byl zahájen v roce 2015. Jelikož urychlovač může provádět srážky olověných iontů při bezpúrecendentních rychlostech, získání důkazu o rozptylu světla světlem se stalo reálnou možností. “Tento experiment byl po několik let předmětem velkého zájmu v komunitách fyziků zabývajících se těžkými ionty a fyzikou vysokých energií, protože vypočty několika skupin ukazovaly, že bychom mohli získat dostatečně silný signál při studiu srážek olověných iontů během Runu 2,” říká Peter Steinberg, vedoucí skupiny fyziky těžkých iontů experimentu ATLAS.

Srážky těžkých iontů poskytují ideální prostředí pro studium rozptylu světla světlem. Při urychlování svazku olověných iontů je generován enormní tok okolních fotonů. Když se ionty setkají v detektoru ATLAS detector, některé z nich se srazí, a zároveň mohou interagovat okolní fotony a může dojít k rozptylu. Těmto interakcím se říká ‘ultra-periferní srážky’.

Během studia 4 miliard událostí zaznamenaných v roce 2015, kolaborace ATLAS nalezla 13 kandidátů roztylu světla světlem. Tento výsledek má významnost 4.4 standardní odchylky, což dovolilo kolaboraci ATLAS oznámit první přímý dkaz tohoto jevu při vysokých energiích.

“Nalezení důkazu tohoto vzácného jevu vyžadovalo vývoj nového citlivéhu ‘triggeru’ pro detektor ATLAS,” říká Steinberg. “Výsledný charakteristický rys — dva fotony v jinak prázdném detektoru — je skoro naprostý opak nesmírně komplikovaných udlálostí, které se typicky očekávají při srážkách olověných jader. Úspěch nového triggeru při výběru těchto událostí demonstruje možnosti a flexibilitu systému stejně jako dovednosti a odbornost analytiků a vývojářů triggeru, kteří jej vyvinuli.”

Fyzici ATLASu budou pokračovat ve studiu rozptylu světla světlem i během následujícího behu LHC s těžkými ionty, který je naplánován na rok 2018. Další data zlepší přesnost výsledků o mohou otevřít dveře ke studiu nové fyziky. Studium ultra-periferních srážek by mělo v programu srážek těžkých iontů v LHC hrát silnější roli, až dojde v rámci třetího a následujících běhů urychlovače k dalšímu nárůstu srážkových rychlostí.

Členy kolaborace CERN-ATLAS je pět vědců Společné laboratoře optiky: L. Chytka, P. Hamal, M. Hrabovský, J. Kvita & L. Nožka.