ATLAS observa la interacción entre fotones en colisiones de iones de plomo

Dibujo20170817 photon photon interaction in lead lead collisions atlas lhc cern

El fotón solo interacciona con partículas con carga. Por tanto, un fotón no puede interaccionar con otro fotón. Salvo que medie un bucle (o lazo) de fermiones cargados, un efecto predicho hace unos 80 años. El detector ATLAS del LHC en el CERN ha observado esta interacción elástica entre fotones en 480 /μb (inversos de microbarn) de colisiones entre iones de plomo a 5,02 TeV por nucleón obtenidas en 2015.

Se han observado 13 sucesos sobre un fondo esperado de 2,6 ± 0,7 sucesos, es decir, se han alcanzado 4,4 sigmas de confianza estadística. La sección eficaz estimada es 70 ± 24 ± 17 nb (nanobarns), en buen acuerdo con las predicciones del modelo estándar (45 ± 9 nb, y 49 ± 10 nb, según dos cálculos). La interacción elástica fotón-fotón (γγ → γγ) es un proceso predicho por la electrodinámica cuántica (QED) que está prohibido en la electrodinámica clásica (CED). El efecto fue predicho por Halpern en 1933 y Heisenberg en 1934 de forma independiente.

El artículo es ATLAS Collaboration, “Evidence for light-by-light scattering in heavy-ion collisions with the ATLAS detector at the LHC,” Nature Physics (14 Aug 2017), doi: 10.1038/nphys4208; más información divulgativa en Spencer R. Klein, “Heavy ion collisions: A clash of photons,” Nature Physics (14 Aug 2017), doi: 10.1038/nphys4239. Cito más abajo el artículo de John Ellis, Nick E. Mavromatos, Tevong You, “Light-by-Light Scattering Constraint on Born-Infeld Theory,” Phys. Rev. Lett. 118: 261802 (27 Jun 2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.118.261802, arXiv:1703.08450 [hep-ph].

Más información divulgativa en Katarina Anthony, “ATLAS sees first direct evidence of light-by-light scattering at high energy,” ATLAS, 14 Aug 2017.

Dibujo20170817 Kinematic distributions for gg to gg event candidates nphys4208-f3

Confirmar las predicciones del modelo estándar es necesario. Máxime cuando podrían mostrar anomalías. E incluso si no lo hacen también permiten acotar límites para posibles extensiones. John Ellis y dos colegas usan el nuevo resultado de ATLAS para poner límites a posibles modificaciones no lineales a la QED. En concreto descartan una posible extensión no lineal de la QED de tipo Born–Infeld con una escala de energía ≲100  GeV, el mejor límite superior hasta el momento. Más aún, el monopolo magnético predicho por dicha teoría debe tener una masa ≳11  TeV. Estos límites mejorarán cuando se obtengan nuevas colisiones entre iones pesados a finales de 2018 con la misma energía y cuando se obtengan con una energía diez veces mayor tras el LHC Run 4, alrededor de 2026.

Dibujo20170817 photon photon event atlas lhc cern

d


2 Comentarios

Participa Suscríbete

Miguel CasanovaMiguel Casanova

Buenas Francis, perdón por mi ignorancia, ¿ cuando hablan de interacciones serían “choques” entre fotones, es decir los fotones se desvían? Si fuera así,¿ los “choques” detectados los harían cambiar de sentido ( como dos bolas de billar que chocan de frente) o los harían cambiar de trayectoria ( como dos bolas de billar que van en el mismo sentido pero que por una diferencia de velocidad lateral chocan y se van alejando ( forma de x ) ?

Siempre es un placer leeros y escucharos,

Saludos!!

GroovyGroovy

Casanova, saludos. En la versión clásica de Feynman las partículas en general y los electrones en particular no son necesariamente partículas puntuales que van de un punto A a otro B. Se dice que, por ejemplo un electrón, tiene una amplitud para ir de un punto a otro o que tiene una suma de amplitudes para ir a varios puntos (A, B, C, D, E, etc). El número de veces que un electrón puede cambiar de dirección es infinito. En la perspectiva feynmaniana la interacción fotón-electrón es tan sutil como compleja, se admite incluso la posibilidad de que un fotón retroceda en el tiempo para absorber otro fotón y después avanzar de nuevo en el tiempo.

Como dice Francis en su artículo, aquí nos encontramos con la confirmación experimental de dos predicciones teóricas de 1933 y 1934, el “choque” elástico de dos fotones. Eso sí, la colisión se produce a 5,02 TeV por nucleón, una magnitud considerable. Lo interesante del asunto es que a esa energía elevada se produce una hibridación o bucle fermión-bosón. En mi subjetiva y falible opinión, aquí subyace una pugna entre dos modos de fotografiar la materia, la bosónica y la fermiónica. Yo prefiero la primera, pero cuidado, no soy experto en esta cuestión.

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>