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科学探索

持续了87年的理论被证实,物理学家发现了光碰撞产生物质的证据

科学探索万象经验2023-05-08

把光转化为质量的过程称为Breit-Wheeler过程,由Gregory Breit和John A. Wheeler在1934年首次提出。但是直接观察只涉及两个光子的纯现象仍然是难以实现的,主要是因为光子需要极高的能量(即伽马射线),而我们还没有技术来建造伽马射线激光器。

加速离子和光子碰撞有什么关系呢?正如对撞机的名字所暗示的那样,这个过程包括加速离子——原子核剥离电子。因为电子带负电荷,而质子带正电荷,剥离后原子核带正电荷。元素越重,它的质子就越多,产生的离子的正电荷就越强。

当两个离子擦肩而过时,它们的两个光子云就会相互作用,并发生碰撞。碰撞本身无法被检测到,但由此产生的电子-正电子对可以被检测到。然而,仅仅探测到电子-正电子对是不够的。这是因为电磁相互作用产生的光子是虚光子,它会短暂地出现和消失,没有与“真实”光子相同的质量。

每一种类型的碰撞(实实、虚虚、虚实)都可以根据产生的两个粒子之间的角度来识别。因此,研究人员检测并分析了实验中产生的6000多对电子-正电子对的角度。他们发现,这些角度与真实光子之间的碰撞是一致的,这表明Breit-Wheeler过程在起作用。

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