波兰科学院核物理研究所 法新社探测器在LHC隧道安装期间拍摄的照片
石英飞行时间探测器在左边，硅像素探测器在右边
信用:IFJ潘 在两个光子的相互作用中产生物质属于一类非常罕见的现象
从LHC的阿特拉斯实验数据来看，用新的原子力显微镜质子探测器在目前最高的能量下收集到的数据，对光子碰撞过程中发生的现象有了一个更准确——也更有趣——的描述
如果你把一个发光的手电筒指向另一个，你不会看到任何壮观的现象
两个手电筒发出的光子只是互相通过
然而，在某些高能质子碰撞中，情况就不同了
两个碰撞粒子发射的光子可能相互作用，产生一对物质和反物质粒子
在日内瓦附近的欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机(LHC)的阿特拉斯实验中，刚刚观察到了类似过程的痕迹
在克拉科夫的波兰科学院核物理研究所的科学家的大力参与下，使用新的原子力显微镜(前向质子分光计)进行了精确的观测
波兰物理学家在国家科学中心和科学与高等教育部的资助下，从这些装置的构想开始就参与了原子力显微镜探测器的开发
“对电磁辐射产生的物质和反物质粒子的观察可以追溯到核物理的开端，”教授说
亚努斯·施瓦斯托夫斯基，IFJ物理学家小组的负责人，参与了法新社的探测器
事实上，1933年2月，帕特里克·布莱克特(1948年诺贝尔)和朱塞佩·奥齐阿里尼报道了一个由宇宙辐射量子引发的电子-正电子对的发现
因此，物质和反物质的创造比相反的过程更早被注意到
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著名而壮观的正电子湮灭
后者的第一次观测是在1933年8月由西奥多·海廷进行的，三个月后由弗雷德里克·乔里奥进行
“在最普遍记录的创造事件中，一个光子转变成一个粒子和一个反粒子
相比之下，我们正在研究的现象具有不同的性质
由于两个光子的相互作用，这里出现了粒子-反粒子对
格雷戈里·布莱特和约翰·阿首先报道了这种过程的可能性
惠勒在1934年，”教授继续说
Chwastowski
作为一个带电粒子，在LHC束管内运动的质子被电场包围
由于电磁相互作用的载体是光子，质子可以被视为一个被光子包围的物体
“在LHC束管中，质子的速度非常接近光速
质子和周围的场沿运动方向经历洛伦兹收缩
因此，从我们的观点来看，以几乎光速运动的质子与电磁场特别剧烈的振荡有关
当这样一个质子接近另一个以相反方向加速的质子时——这就是我们在LHC处理的情况——光子之间可能会发生相互作用
拉斐尔·斯塔泽夫斯基(IFJ·潘)
在LHC加速器中，当质子在阿特拉斯探测器中相互飞过时，光子之间会发生碰撞
成对产生的轻子在阿特拉斯系统中被探测到，而作为光子源的质子被位于距离碰撞点大约200米的原子力显微镜探测器观察到
信用:IFJ潘 在LHC，高能质子束的碰撞发生在几个地方，包括位于巨型阿特拉斯探测器内部的那个地方
如果两个光子碰撞，结果可能是一个电子-正电子对或一个μ子-反μ子对(μ子的质量大约是电子的200倍)
这些粒子属于轻子族，相对于质子束以大角度产生，记录在主ATLAS探测器内
这种现象以前在LHC也观察过
“关键是，我们还有两个双光子过程的主角！这些自然是光子源，我
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两个经过的质子
因此，我们找到了测量的本质
斯塔泽夫斯基解释道:“由于光子发射，每个质子都损失了一些能量，但重要的是，它实际上并没有改变其运动方向
因此，它和束中的其他质子一起逃离探测器
然而，发射光子的质子比束质子的能量稍低
因此，加速器磁场使它偏转更多，这意味着它逐渐远离光束
这些是我们用原子力显微镜寻找的质子
" 四个原子力显微镜跟踪单元中的每一个都包含四个传感器:一个接一个放置的16×20毫米半导体像素板
穿过传感器的质子会储存一些能量，从而激活其路径上的像素
通过分析所有激活的像素，可以重建质子路径和属性
只需要记录稍微偏离主光束的质子，这意味着原子力显微镜光谱仪必须直接插入LHC光束管内，距离循环光束只有几毫米
“当你在如此接近高能粒子束的地方工作时，你必须意识到风险
分光计定位的最小误差可能导致它烧一个洞
这将是非常令人不安的，但这真的是我们最不关心的问题
由此产生的碎片将污染加速器的至少一部分，导致它关闭一段时间
Chwastowski
这里描述的测量是用放置在距离质子碰撞点约200米处的原子力显微镜进行的
“质子在LHC以多种方式相互作用
因此，在原子力显微镜分光计中观察到的质子可能源自与光子-光子相互作用无关的过程
为了寻找合适的质子，我们需要对每种粒子的性质有精确的了解
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学生克日什托夫·西斯拉(IFJ·潘)，他处理了2017年由法新社分光计收集的原始数据的初步分析，并将它们转换成关于已记录质子的能量和动量的信息
然后，质子能量测量的结果与产生的轻子对的能量并置，根据守恒原理，确定观察到的质子是否是相互作用光子的来源
使用原子力显微镜光谱仪进行的测量被证明具有很高的统计学意义，有9个标准差(σ)
相比之下，5西格玛测量通常足以宣布一项科学发现
因此，原子力显微镜分光计成功地通过了测试，证明了该方法的有效性，并提供了非常有趣的结果，尽管还不清楚
结果表明，理论预测并不完全符合所研究的相互作用的确定特征
显然，在高能质子-质子碰撞中观察到的双光子过程中有一些隐藏的细微差别，需要更好的理解和进一步的测量
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