光与光相遇后会发生什么？

　　上图描述的是探测到的光散射现象。图片来源： ATLAS/CERN

　　光是很神奇的东西。它是由一种名为光子的亚原子粒子组成，但又具备波的性质（干涉和衍射）。现代物理学也证实了光具有波粒二象性。光子会产生纠缠态，即多粒子叠加；它们会反射、衍射、折射；它们有角动量，但没有质量。

　　光从未被观察到像斯诺克球一样，互相碰撞后改变方向的现象。但欧洲核子研究组织的超环面仪器（ATLAS），即大型强子对撞器（LHC）的7个实验侦测器之一，观测到了这一现象第一次实际发生的情况，其中两个光束相互碰撞，然后改变了轨迹。

　　这个现象是“不确定性原理”中的光散射现象，由Hans Heinrich Euler和Werner Heisenberg首次于1936年进行描述，并由Robert Karplus和Maurice Neuman于1951年推断得出计算公式。该现象表现为，当将光照到另一个光粒子上，一部分光波将被此粒子散射开来，由此便能指明该粒子的位置。

　　德国电子同步加速器研究中心的研究人员Mateusz Dyndal表示：“根据经典的电动力学，光穿过光的时候不会发生散射现象，因为该现象是产生于光通过不均匀介质的时候。”

　　“但如果考虑到量子物理学，光是会被光散射的，尽管这种现象似乎非常不可能。”

　　伦敦大学学院的物理学教授Jon Butterworth在他为《卫报》撰写的一篇文章中，将这两束光比喻成了两个橡胶球。

　　超环面仪器的实验观测始于2015年，试验中，铅原子核在大型强子对撞器中高速碰撞。该粒子的能量比粒子加速器平时使用的质子更高，这意味着实验中存在着一团致密的光束。而这高能量的光再和光发生碰撞，便出现了神奇的散射现象。

　　重离子（质量数大于4的原子核）通常不会发生碰撞，但光子可以发生所谓的非弹性碰撞，即粒子在碰撞中向另一个能级跃迁时发生散射现象。

　　在研究小组分析的40亿事件中，他们发现了13个候选事件，这些事件的相同点在于两个光子相互作用后改变了方向，而不是相互传递汇成一束光。

　　如上图所示，超环面仪器探测到了两个光子在圆形的中心相遇，而黄色和绿色区域则代表了散射光子所沉积的能量。

　　物理研究员Dan Tovey表示：“这是一个里程碑式的结果，是有史以来第一个证明了光能够和自身发生相互作用的证据。”

　　该研究发表在了《自然物理》杂志上。

　　蝌蚪五线谱编译自sciencealert，译者 狗格格，转载须授权