研究發(fā)現(xiàn)光子新特點(diǎn)，可像皮球一樣碰撞
光是什么？我們對(duì)最司空見(jiàn)慣的光了解多少？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光在微觀下具有一種出乎意料的特點(diǎn)。該研究不僅進(jìn)一步說(shuō)明一百年前愛(ài)因斯坦理論的正確，也展示微觀世界的奇妙。 根據(jù)愛(ài)因斯坦一百年前提出的光學(xué)理論，光在微觀下同時(shí)具有粒子和震動(dòng)波的兩種性質(zhì)，因此在宏觀中可以展現(xiàn)出衍射圖相等有趣的現(xiàn)象。而光的粒子特點(diǎn)卻與電子、質(zhì)子等粒子不同，極少發(fā)生光子之間的碰撞。也就是說(shuō)，科學(xué)家?guī)缀鯖](méi)有發(fā)現(xiàn)光子之間出現(xiàn)像兩個(gè)彈力球那樣的撞擊反彈現(xiàn)象。 但是，科學(xué)家運(yùn)用歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞器（LHC）的超環(huán)面儀器（A Toroidal LHC ApparatuS，縮寫(xiě)為ATLAS），經(jīng)過(guò)仔細(xì)篩查4兆次撞擊事件的情況，找到光子發(fā)生13次像彈力球那樣的彈性撞擊。 雖然，13次相對(duì)于4兆的比率幾乎少得接近于零，但是科學(xué)家表示，這種極為罕見(jiàn)的現(xiàn)象足以說(shuō)明光子有出乎意料的性質(zhì)。 光子發(fā)生碰撞的模式圖 歐洲核子研究組織（CERN）超環(huán)面儀器研究項(xiàng)目的資深物理學(xué)家托維（Dan Tovey）在該實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)頁(yè)上解釋?zhuān)骸斑@是具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)。我們首次在高能量條件下，觀察到光子相互作用的直接證據(jù)。” 托維強(qiáng)調(diào)，這種現(xiàn)象在宏觀現(xiàn)象中是不可能出現(xiàn)的，只有在微觀的例子狀態(tài)棧才能發(fā)生，因此這個(gè)現(xiàn)象促進(jìn)人們對(duì)微觀量子特點(diǎn)的理解。 該現(xiàn)象引起科學(xué)家的極大興趣。參與超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)研究的科學(xué)家之一、倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）的物理學(xué)家布特沃斯（Jon Butterworth）教授9月3日在《衛(wèi)報(bào)》上寫(xiě)道，日常生活中，我們不可能看到兩束光線(xiàn)碰到一起時(shí)，能像兩個(gè)皮球那樣互相彈開(kāi)，而在微觀下卻能。 光子是否也像原子核那樣由更基本的粒子組成？ 布特沃斯教授進(jìn)一步解釋?zhuān)驗(yàn)椴煌饩€(xiàn)具有不同的波長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以可以表現(xiàn)出很多特點(diǎn)，比如激光不像普通光線(xiàn)那樣散成一片，而是聚成一束。而在大型強(qiáng)子對(duì)撞器制造的高能狀態(tài)下，微觀中的光子向小球一樣，可以互相彈離，在學(xué)術(shù)上被稱(chēng)為“彈性散射”（ elastic scattering ）。 另?yè)?jù)《科學(xué)新聞》（Science News） 8月14日?qǐng)?bào)導(dǎo)，倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院（KCL）的理論物理學(xué)家埃利斯（John Ellis）評(píng)述，這種出乎意料的光子彈性散射是“非常本質(zhì)的現(xiàn)象。以前從未觀察到，而現(xiàn)在終于能從數(shù)據(jù)中辨別出來(lái)”。埃利斯未參與該研究。 按照物理學(xué)基本原理，不帶電荷的光子不可能發(fā)生相似帶電粒子的碰撞。但事實(shí)上，微觀下存在光子間的碰撞現(xiàn)象，這一點(diǎn)可以從量子學(xué)角度理解。微觀世界中，物質(zhì)包括光的存在狀態(tài)都與我們宏觀所見(jiàn)的截然不同。