你可能沒(méi)意識(shí)到，光子其實(shí)是一小片、一小片的光。事實(shí)上，光子是光能夠分成的最小片段。你打開(kāi)燈的一瞬間，無(wú)數(shù)的光子從燈泡中噴涌而出、一股腦地涌進(jìn)你的眼睛里，然后被你的視網(wǎng)膜吸收、再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，這樣你就能看到眼前的事物了。
你可以想象一下，就在此時(shí)此刻，自己身邊圍繞著多少光子。這些光子不僅來(lái)自你房間里的燈，還包括透過(guò)窗戶(hù)進(jìn)入室內(nèi)、來(lái)自太陽(yáng)的光子。就連你自己的身體也會(huì)產(chǎn)生光子，只不過(guò)是以紅外能量的形式發(fā)散出來(lái)，需要用夜視鏡才能看見(jiàn)。
當(dāng)然了，所有射電波、紫外線、以及其它各種射線也都無(wú)時(shí)無(wú)刻不在“轟炸”你，這些都是綿延不絕的光子流。
簡(jiǎn)而言之，到處都有光子的存在。
這些光的細(xì)小片段本不應(yīng)與彼此發(fā)生相互作用，甚至“意識(shí)不到”其它光子的存在。按照物理法則，一個(gè)光子在與另一個(gè)光子擦肩而過(guò)時(shí)，不會(huì)發(fā)生任何互動(dòng)。
至少物理學(xué)家過(guò)去是這么認(rèn)為的。但在全世界最強(qiáng)大的原子對(duì)撞機(jī)中開(kāi)展的一項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)中，研究人員短暫地觀察到了一種不可能發(fā)生的現(xiàn)象：光子竟然相撞了。這里面究竟有何蹊蹺？這些光子有些違反常理，行為表現(xiàn)不像正常的光子，反倒短暫地變成了“虛粒子”。通過(guò)研究這些極其罕見(jiàn)的相互作用，物理學(xué)家希望進(jìn)一步揭露光的基本性質(zhì)，甚至發(fā)現(xiàn)全新的高能物理法則，如大一統(tǒng)理論和超對(duì)稱(chēng)理論等。
輕輕一碰
通常來(lái)說(shuō)，光子不會(huì)彼此互動(dòng)、或相互碰撞是件好事，否則光子就永遠(yuǎn)無(wú)法直線前進(jìn)了，一切也就亂了套。還好，兩個(gè)光子通常都會(huì)徑直擦肩而過(guò)，仿佛對(duì)方不存在一樣，這是大部分情況下出現(xiàn)的情況。
在高能實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)努力，可以讓兩個(gè)光子相撞，不過(guò)這種情況發(fā)生的概率極小。物理學(xué)家對(duì)這類(lèi)過(guò)程很感興趣，因?yàn)樗軌蚪衣豆獾纳顚颖举|(zhì)，還能幫助我們發(fā)現(xiàn)一些預(yù)料之外的物理現(xiàn)象。
光子之間極少發(fā)生相互作用，是因?yàn)樗鼈冎粫?huì)與帶電荷的粒子相互聯(lián)結(jié)。這是宇宙的自有規(guī)律，我們無(wú)法左右。但假如這就是宇宙規(guī)律，我們又如何才能讓兩個(gè)不帶電荷的光子聯(lián)結(jié)在一起呢？
光子是什么？
這個(gè)問(wèn)題的答案埋藏在現(xiàn)代物理學(xué)最神秘難解、但又最引人入勝的領(lǐng)域之一中。這個(gè)領(lǐng)域有一個(gè)非常時(shí)髦的名字——量子電動(dòng)力學(xué)。
在亞原子世界中，光子不一定是光子，或者說(shuō)，不一定永遠(yuǎn)都是光子。像電子、光子等粒子會(huì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷切換“身份”。乍看之下，這似乎有點(diǎn)讓人摸不著頭腦：一束光除了一束光之外，還可能是什么呢？
要理解這種奇異行為，我們要稍微擴(kuò)展一下自己的思維。
就光子來(lái)說(shuō)，在它們的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，偶爾（一定要記住，這種情況極其、極其罕見(jiàn)）會(huì)有一個(gè)光子改變想法。它可能不再是一個(gè)粒子，而是變成一對(duì)粒子，由一個(gè)負(fù)電荷的電子和一個(gè)帶正電荷的“正電子”（即電子的反物質(zhì)）構(gòu)成，一起向前運(yùn)動(dòng)，但這種情況轉(zhuǎn)瞬即逝，因?yàn)檎?fù)電子總會(huì)相遇。一旦相遇，它們就會(huì)立即湮滅，變回光子。
出于各種復(fù)雜原因，發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，這些粒子對(duì)被稱(chēng)作“虛粒子”?？梢哉f(shuō)，在絕大多數(shù)情況下，你永遠(yuǎn)不會(huì)與虛粒子發(fā)生相互作用，只能接觸到光子，但并非在所有情況下都是如此。
黑暗中的一線光明
在位于法國(guó)和瑞士邊境地下的大學(xué)強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的ATLAS儀器開(kāi)展的一系列實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)花了大量時(shí)間、讓鉛原子核以接近光速的速度相撞。但事實(shí)上，他們并沒(méi)能讓鉛原子核撞在一起。這些粒子之間只是靠得非常、非常、非常、非常近而已。
這樣一來(lái)，鉛原子只會(huì)通過(guò)電磁力發(fā)生作用，而不會(huì)涉及到膨脹帶來(lái)的一系列麻煩問(wèn)題，如產(chǎn)生的一大堆新粒子、力和能量等等。換句話(huà)說(shuō)，這些鉛原子核之間只是交換了大量光子而已。
并且在極其罕見(jiàn)的情況下，其中某個(gè)光子可能會(huì)短暫地變成電子與正電子對(duì)。緊接著，另一個(gè)光子可能會(huì)與這個(gè)電子或正電子產(chǎn)生“交流”。這樣一來(lái)，就發(fā)生了相互作用。
在這種相互作用過(guò)程中，光子僅僅是撞到了電子或正電子上，然后毫發(fā)無(wú)損，繼續(xù)走自己的路。而被撞的電子或正電子很快便會(huì)找到自己的伴侶，重新變回光子。所以?xún)蓚€(gè)光子相撞后，它們只會(huì)從對(duì)方身上彈開(kāi)，不會(huì)有什么影響。但這種交流本身就已經(jīng)非常了不起了。
有多了不起呢？這么說(shuō)吧，這支研究團(tuán)隊(duì)總共進(jìn)行了數(shù)萬(wàn)萬(wàn)億次撞擊，總共只探測(cè)到了59次可能的碰撞，只有59次！
但這59次互動(dòng)透露了怎樣的宇宙信息呢？首先，它證實(shí)了“光子并不永遠(yuǎn)是光子”這一點(diǎn)
此外，通過(guò)深挖這些粒子的量子本質(zhì)，我們還可以了解到一些新的物理知識(shí)。比如說(shuō)，在一些試圖推動(dòng)已知粒子物理邊界的精妙模型中，這些光子之間的互動(dòng)發(fā)生的概率也略有不同。這或許能為我們提供一種探索和測(cè)試這些模型的方法。目前，我們還沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)，無(wú)法判斷這些模型之間的區(qū)別。但如今有了相應(yīng)的技術(shù)，我們也許能有所推進(jìn)。
希望在不久的將來(lái)，我們真的能為目前這種“兩眼一抹黑”的情況帶來(lái)“一線光明”。
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