На релятивистском коллайдере доказали предсказанные 80 лет назад явления
Превращение двух фотонов в электрон-позитронную пару и поляризационно-зависимое отклонение были предсказаны 80 лет назад. Теперь физики смогли доказать возможность этих явлений на коллайдере
Первое открытие состоит в том , что пары электронов и позитронов могут возникнуть непосредственно при столкновении очень энергичных фотонов — квантов света. Это превращение энергии света в материю является прямым следствием известного уравнения Эйнштейна E=mc2, которое утверждает, что энергия и масса эквивалентны друг другу. Ядерные реакции на Солнце и на атомных электростанциях регулярно превращают материю в энергию. Теперь ученые превратили в материю энергию света за один шаг.
Второй результат показывает, что путь света, проходящего через магнитное поле в вакууме, изменяется по-разному в зависимости от того, как этот свет поляризован. Такое поляризационно-зависимое отклонение (известное как двулучепреломление) возникает, когда свет проходит через определенные материалы. Этот эффект похож на то, как белый свет расщепляется на радугу. Но это первая демонстрация поляризационно-зависимого отклонения света в вакууме.
Таких возможностей не существовало, когда физики Грегори Брейт и Джон А. Уилер впервые описали гипотетическую возможность столкновения легких частиц для создания пар электронов и их античастиц в 1934 году. В RHIC ученые ускоряют ионы золота до 99,995% скорости света в двух кольцах. Эти ионы при движении генерируют фотоны различных энергий и, проходя мимо друг друга, заставляют кванты света взаимодействовать.
Физики отслеживали взаимодействия и искали предсказанные электрон-позитронные пары. Но такие пары частиц могут появиться в результате целого ряда процессов в RHIC. Также в коллайдере могут образоваться «виртуальные» фотоны — состояния, которое существуют недолго и несут эффективную массу. Чтобы убедиться в том, что пары частица-античастица появляются от столкновений реальных фотонов, ученые должны продемонстрировать, что вклад «виртуальных» квантов не меняет исхода эксперимента.
Для этого физики проанализировали закономерности углового распределения каждого электрона относительно позитрона. Эти паттерны различаются для пар, образованных взаимодействиями реальных и виртуальных фотонов.
Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
