気付かなかったかもしれませんが、フォトンはほんの小さな光です。実際、それらは可能な限り最小の光です。ランプを点けると、膨大な数の光子がその球根から飛び出してあなたの目に入り、そこで網膜に吸収されて電気信号に変わり、あなたが何をしているかを見ることができます。
したがって、一度に何個のフォトンが周囲を取り巻くのかを想像できます。部屋の明かりだけでなく、太陽から窓を通して光子も流れ込みます。あなた自身の体でさえ光子を生成しますが、赤外線エネルギーはずっと下にあるので、それらを見るには暗視ゴーグルが必要です。しかし、彼らはまだそこにいます。
そしてもちろん、すべての電波や紫外線、その他すべての光線が絶え間なくあなたや他のすべてに光子の無限の流れをぶつけます。
どこにでもあるフォトンです。
これらの小さな光のパケットは互いに相互作用することになっておらず、他のパケットが存在することさえも本質的に認識されていません。物理法則では、1つの光子が相互作用なしで別の光子を通過するだけです。
少なくとも物理学者はそう考えていました。しかし、世界で最も強力なアトムマッシャーの内部の新しい実験で、研究者たちは不可能性を垣間見ました。光子が互いにぶつかることです。キャッチ？これらの光子はゲームから少し外れたため、それらは自分のように振る舞わず、一時的に「仮想」になりました。物理学者はこれらの超希薄相互作用を研究することにより、光の基本的な特性のいくつかを明らかにし、さらには大統一理論や（おそらく）超対称性のような新しい高エネルギー物理学を発見することを望んでいます。
軽いタッチ
通常、フォトンが相互に作用したり、互いに跳ね返ったりしないのは良いことです。なぜなら、フォトンが直線のどこにも決して行かないという完全なマッドハウスになるからです。ありがたいことに、2つの光子は、もう一方が存在しなかったかのように、単に互いにすべり落ちます。
つまり、ほとんどの場合。
高エネルギーの実験では、（多くのエルボーグリースを使用して）2つの光子を互いに衝突させることができますが、これは非常にまれです。物理学者はこの種のプロセスに興味を持っています。これは、光の性質自体の非常に深い特性を明らかにし、予期しない物理学を明らかにするのに役立つ可能性があるためです。
フォトンは電荷を持つ粒子とのみ接続するため、互いに相互作用することはほとんどありません。それは私たちが生活しなければならない宇宙のそれらのルールの1つにすぎません。しかし、これが宇宙の法則である場合、相互に接続するために、電荷のない2つの光子を取得するにはどうすればよいでしょうか。
光子がそうでないとき
答えは、現代物理学の最も不可解でありながら美味しい側面の1つにあり、それは量子電気力学のファンキーな名前で通っています。
この原子以下の世界の写真では、光子は必ずしも光子ではありません。まあ、少なくとも、それは常に光子ではありません。電子や光子などの粒子やその他すべての粒子は、絶えず前後に反転し、移動するにつれてアイデンティティを変化させます。最初は混乱しているように見えます。たとえば、光線が光線以外のものであるとしたらどうでしょうか。
この奇抜な振る舞いを理解するためには、意識を少し広げる（表情を借りる）必要があります。
光子の場合、それらが時々移動するとき（そしてこれが非常に、非常にまれであることを覚えておいてください）、人はその考えを変えることができます。そして、単なる光子ではなく、負に帯電した電子と正に帯電した陽電子（電子の反物質パートナー）のペアの粒子になり、一緒に移動します。
まばたきすると、陽電子と電子がお互いを見つけ、物質と反物質が出会ったときに起こるように、彼らは全滅し、偽物になるので、あなたはそれを逃します。奇数のペアはフォトンに戻ります。
さまざまな理由により、現時点では複雑すぎるため、これが発生すると、これらのペアは仮想パーティクルと呼ばれます。ほぼすべての場合において、仮想粒子（この場合、陽電子と電子）と相互作用することはなく、光子とのみ会話することができると言えば十分でしょう。
しかし、すべての場合ではありません。
暗闇の光
フランスとスイスの国境にあるラージハドロン衝突型加速器でATLASが共同で実施し、最近オンラインプレプリントジャーナルarXivに提出された一連の実験で、チームは鉛核を互いにほぼ同じ速さで互いに叩きつけた。ただし、鉛粒子が互いにぶつかることはありませんでした。代わりに、ビットは非常に、非常に、非常に、非常に接近しました。
このように、多くの余分な粒子、力、およびエネルギーを含む、衝突の巨大な混乱に対処する代わりに、鉛原子は電磁力を介して相互作用しただけです。言い換えれば、彼らはたくさんの光子を交換しただけです。
そして、時々-非常に、非常にまれに-それらの光子の1つは、陽電子と電子で構成されるペアに一時的に変わります。次に、別の光子がそれらの陽電子または電子の1つを見て、それと話します。相互作用が発生します。
さて、この相互作用では、光子は電子または陽電子のどちらかに衝突し、害を及ぼすことなく陽気な方法で発進します。最終的に、その陽電子または電子は、そのメイトを見つけてフォトンに戻ります。そのため、2つのフォトンが互いに衝突する結果は、2つのフォトンが互いに跳ね返るだけです。しかし、彼らが互いに話すことができたことは驚くべきことです。
どのように驚くべきですか？まあ、何兆もの衝突の後、チームは合計59の潜在的な交差点を検出しました。ちょうど59。
しかし、それらの59の相互作用は宇宙について何を私たちに伝えますか？一つには、彼らはこの写真を光子が常に光子であるとは限らないことを検証します。
そして、これらの粒子の非常に量子的な性質を掘り下げることによって、私たちはいくつかの新しい物理学を学ぶことができました。たとえば、既知の素粒子物理学の境界を押し広げるいくつかの派手なモデルでは、これらの光子相互作用はわずかに異なる速度で発生し、これらのモデルを探索およびテストする方法を潜在的に提供します。現在、これらのモデルの違いを伝えるのに十分なデータがありません。しかし、技術が確立された今、私たちは少し前進するかもしれません。
そして、あなたはここで非常に明白な締めくくりの言い訳を言い訳にする必要がありますが、うまくいけば、私たちは状況にいくつかの光を当てることができます。
ポール・M・サッター の天体物理学者です オハイオ州立大学、 たくさんの "宇宙飛行士に聞く" そして「宇宙ラジオ、「そして」の著者宇宙でのあなたの場所."
