通过阿特拉斯实验 图1:5时铅-铅碰撞中γγ→γγγ产生的微分截面
02 TeV作为双光子系统不变质量和光子-光子质心框架中散射角余弦的函数，由ATLAS测量
将测量值与理论预测值进行比较
信用:阿特拉斯合作/欧洲核子研究中心 逐光散射是一种罕见的现象，其中两个光子——光的粒子——相互作用，产生另一对光子
几十年来，在高能下对这一过程的直接观察一直难以实现，直到2016年阿特拉斯实验首次发现这一现象，并于2019年建立
在一项新的测量中，阿特拉斯物理学家正在使用逐光散射来寻找一种超越粒子物理标准模型的炒作现象:类轴子粒子
大型强子对撞机(LHC)中的重铅离子碰撞为研究逐光散射提供了理想的环境
当一束束铅离子被加速时，会产生一个巨大的光子流，其强度相当于每米1025伏特的电场
当来自相反光束的离子在ATLAS探测器的中心相互靠近时，它们周围的光子可以相互作用并相互散射
因为铅离子在这个过程中只损失了很小一部分能量，所以流出的离子继续绕着LHC环运动，而这是阿特拉斯探测器所看不到的
这些相互作用被称为超外围碰撞
这导致了截然不同的事件信号，与典型的铅离子碰撞事件非常不同，两个光子背对背，探测器中没有进一步的活动
基于2015年记录的铅-铅碰撞数据，阿特拉斯协作发现了高能光-光散射的第一个直接证据
最近，阿特拉斯合作组织报告了逐光散射的观测结果，其显著性为8
2个标准差，使用2018年采集的大数据样本
图2:通过不同实验获得的光子(类轴子粒子)耦合(1/λa)与质量(ma)平面95%置信水平的排除极限汇编
将现有限值与从该测量中提取的限值进行比较
信用:阿特拉斯合作/欧洲核子研究中心 阿特拉斯合作研究了重离子碰撞的完整LHC第二次运行数据集，以更高的精度和更详细的方式测量逐光散射
在探测到的一千亿次超外围碰撞中，ATLAS总共观察到97个候选事件，而27个事件预计来自背景过程
除了生产率(横截面)，ATLAS还测量了产生的光子的能量和角度分布(I
e
他们的运动学)
结果探索了更宽范围的双光子质量，与以前的ATLAS测量相比，预期信号产量增加了约50%
逐光散射的测量对标准模型以外的过程很敏感，例如轴子样粒子
这些是假设的无自旋(标量)粒子，具有奇宇称量子数(例如希格斯玻色子是偶宇称的标量)，通常与标准模型粒子的相互作用很弱
在新的ATLAS结果中，物理学家考虑了相互作用的光子对在相互散射时(γγ → a → γγ)是否会产生轴子样粒子(a)，这将导致双光子质量等于a质量的散射事件过多
他们研究了质量范围在6到100千电子伏之间的双光子质量分布
在分析中没有发现超出预期背景的重大事件
阿特拉斯物理学家能够以95%的置信水平推导出与光子耦合的类轴子粒子的排斥边界(图2)
假设100%的假定粒子衰变为光子，这一新的分析对迄今为止所检测的质量范围内类轴子粒子的产生提出了最强的现有限制
随着未来LHC运行中预期的更大的数据集，物理学家将继续探索逐光散射对标准模型之外的现象的敏感性
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