作者:莱斯大学的杰德·博伊德
欧洲核研究组织大型强子对撞机上的紧凑型μ子螺线管实验
信用:欧洲核子研究中心 紧接着证明了一个87年前的预言，即物质可以直接从光中产生，莱斯大学的物理学家和他们的同事详细描述了这个过程将如何影响标准模型之外的原始等离子体和物理学的未来研究
“我们本质上是在研究光的碰撞，”李玮说，他是莱斯大学物理学和天文学副教授，也是发表在《物理评论快报》上的这项研究的合著者
“我们从爱因斯坦那里知道，能量可以转化为质量，”粒子物理学家李说，他与数百名同事合作，在高能粒子加速器上进行实验，如欧洲核子研究组织的大型强子对撞机()和布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机()
像RHIC和LHC这样的加速器通常通过以接近光速的速度加速原子碎片并将它们相互粉碎来将能量转化为物质
2012年在LHC发现希格斯粒子就是一个显著的例子
当时，希格斯粒子是标准模型中最后一个未被观测到的粒子，该理论描述了原子的基本力和构造块
令人印象深刻的是，物理学家知道标准模型只能解释宇宙中大约4%的物质和能量
李说，本周的研究是由赖斯博士后研究员牵头撰写的，它对超越标准模型的物理学研究具有重要意义
李说:“有论文预测，你可以从这些离子碰撞中创造出新的粒子，我们在这些碰撞中拥有如此高密度的光子，以至于这些光子-光子相互作用可以创造出超越标准模型的新物理。”
杨说:“要寻找新的物理，必须非常精确地理解标准模型过程
当人们建议使用光子-光子相互作用来寻找新的物理学时，我们在这里看到的效果以前没有被考虑过
考虑到这一点非常重要
" 杨和他的同事详细描述了当物理学家加速相反方向的重离子束并使它们相互指向对方时产生的效应
离子是像金或铅这样的大质量元素的原子核，离子加速器对研究这种强大的力量特别有用，这种力量结合了原子核的中子和质子中被称为夸克的基本构件
物理学家已经使用重离子碰撞来克服这些相互作用，并观察夸克和胶子，当它们通过强大的力相互作用时，粒子夸克交换
但是原子核并不是重离子加速器中唯一碰撞的东西
离子束还产生电场和磁场，用它自己的光云覆盖离子束中的每个原子核
这些云随着原子核移动，当来自相反光束的云相遇时，被称为光子的单个光粒子可以迎面相遇
在7月份发表的一项PRL研究中，杨和他的同事利用的数据表明，光子-光子碰撞从纯能量产生物质
在实验中，光撞击伴随着原子核的碰撞而发生，产生了一种叫做夸克胶子等离子体或QGP的原始汤
“在RHIC，你可以让光子-光子碰撞在形成夸克-胶子等离子体的同时产生质量，”杨说
“所以，你在夸克胶子等离子体中创造了这个新的质量
" 杨博士
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2018年发表在《PRL》上的关于RHIC数据的论文工作表明，光子碰撞可能会以一种轻微但可测量的方式影响等离子体
李说，这既耐人寻味又令人惊讶，因为光子碰撞是一种电磁现象，而夸克胶子等离子体受强大的力支配，这种力远比电磁力强大
“为了与夸克-胶子等离子体强相互作用，仅仅有电荷是不够的，”李说
“你不会期望它与夸克胶子等离子体发生非常强烈的相互作用
" 他说，人们提出了各种各样的理论来解释杨的意外发现
“提出的一种解释是，光子-光子相互作用看起来会有所不同，这不是因为夸克-胶子等离子体，而是因为这两种离子只是彼此靠得更近了，”李说
“这与量子效应和光子之间的相互作用有关
" 杨推测，如果是量子效应导致了异常，那么当离子彼此擦肩而过，但来自各自轻云的光子发生碰撞时，它们可能会产生可探测的干涉图案
“所以这两个离子，它们不会直接相互撞击，”杨说
“他们实际上路过
这被称为超周碰撞，因为光子会碰撞，但离子不会相互碰撞
" 理论表明，超外围光子-光子碰撞产生的量子干涉图案应该与通过的离子之间的距离成正比
杨、李和他的同事利用的紧凑型μ介子螺线管(CMS)实验的数据，发现他们可以通过测量完全不同的东西来确定这个距离或撞击参数
欧洲核研究组织大型强子对撞机上的紧凑型μ子螺线管实验
信用:欧洲核子研究中心 “这两个离子，随着它们越来越近，有更大的可能性，离子可以得到激发，并开始发射中子，这直接沿着光束线，”李说
“我们在CMS有一个检测器
" 每一次超外围光子-光子碰撞都会产生一对称为μ子的粒子，它们通常从碰撞中向相反的方向飞去
正如理论预测的那样，杨、李及其同事发现量子干涉扭曲了μ子的偏离角
近距离子之间的距离越短，畸变越大
李说这种效应来自于碰撞光子的运动
尽管每一个都在和它的主离子一起朝着光束的方向移动，光子也可以离开它们的主离子
“光子在垂直方向也有运动，”他说
“事实证明，随着撞击参数越来越小，垂直运动越来越强
“这让它看起来像是在修改μ子，”李说
“看起来一个人与另一个人的角度不同，但事实并非如此
这是光子在碰撞产生μ子之前，垂直于光束方向的运动方式发生变化的假象
" 杨说，这项研究解释了他之前发现的大部分异常现象
同时，该研究建立了一种新的实验工具，用于控制将产生深远影响的光子相互作用的影响参数
“我们可以轻松地说，大多数来自这种量化宽松效应，”他说
“但这并不排除仍然存在与夸克胶子等离子体有关的效应
这项工作给了我们一个非常精确的基线，但我们需要更精确的数据
我们至少还有15年的时间在CMS收集QGP数据，数据的精度会越来越高
"
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