פיזיקה של שני פוטונים

פיזיקת שני פוטונים משמשת למחקר של מבנה הפוטון. פיזיקת שני פוטונים נקראת גם פיזיקת גאמא גאמא. פיזיקה זו היא חלק מפיזיקת חלקיקים, והיא מתארת את האינטראקציה בין שני פוטונים. בדרך כלל קרני אור עוברות אחת דרך השנייה ללא השפעה הדדית. בתוך תווך אופטי כאשר עוצמת הקרניים גבוהה מספיק הקרניים כן תהיה השפעה, ובריק יש פיזור של קרני אור כמו פיזור של אור בעדשה. כאשר עוברים סף מסוים של אנרגיית מרכז מסה, חומר יכול להיווצר. פיזיקת שני פוטונים נחקרת במאיצי חלקיקים. שם לא מאיצים את הפוטונים עצמם, אלא חלקיקים אחרים בעלי מטען חשמלי, שכתוצאה מההאצה הם פולטים פוטונים. עד כה המחקרים הכי מתקדמים נעשו במאיץ LEP) Large Electron–Positron Collider) ב-CERN) European Organization for Nuclear Research). אם יש שינוי גדול ב-transverse momentum יכולים להתגלות אחד או שני אלקטרונים, תהליך שנקרא תיוג. הגלאים הגדולים במאיץ מתחקים אחר החלקיקים האחרים שנוצרים בהתנגשות, ובכך אפשר לשחזר את תהליך האינטראקציה. לרוב חוקרים אינטראקציה של פוטונים דרך UPCs) Ultra–Peripheral Collisions) של יונים כבדים, כמו זהב ועופרת. בתהליך זה הנוקליאונים לא נוגעים אחד בשני. בתהליך זה יוצרים התנגשות של יונים חיוביים חסרי אלקטרונים. יש שתי דרכים עיקריות בהן יכולים הפרוטונים של היונים להתנגש: במקרה זה, כאשר היונים יתנגשו, הכוחות העיקריים שיפעלו יהיה הכוחות בין הקווארקים בפרוטונים. כוח זה הוא הכוח החזק, והוא משפיע רק במרחקים קטנים מאוד. כאשר אין התנגשות חזיתית, אך הפרוטונים חולפים זה על פני זה, ומשפיעים אחד על השני. בגלל המרחק בין הפרוטונים, הכוח החזק לא משפיע. אולם, הכוח החשמלי כן משפיע במרחק זה ובהתנגשות זו הוא הכוח העיקרי. את הכוח החשמלי מעבירים הפוטונים. זו ההתנגשות הרלוונטית לניסויים שלנו מפני שמטרתנו היא לחקור את התנגשות הפוטונים. בתהליך UPCs מפני שהיונים כל כך כבדים, יכולות להתרחש שתי אינטראקציות נפרדות. אינטראקציות אלה יכולות להוביל ליצירת שני זוגות של אלקטרון ופוזיטרון. פיזיקת שני פוטונים יכולה להיחקר ב-LHC) Large Hadron Collider) ב-CERN )EuropeanOrganization for Nuclear Research). אינטראקציה בין שני פוטונים נראה לראשונה ב-2016 בגלאי ATLAS)A Toroidal LHC ApparatuS) והממצא אושש על ידיי גלאי CMS )Compact Muon Solenoid). בניסוי PVLAS ) Polarizzazion del Vuoto con LASer), התקבלו התוצאות הטובות ביותר בהתנגשות פוטונים. תוצאות אלו עלו על המצופה לפי המודל הסטנדרטיבהתפזרות של פוטונים, דבר המצביע על פיזיקה חדשה. פיזיקה זו כוללת חלקיקים חדשים ובניהם האקסיון, והחיפוש אחר חלקיקים אלו הוא עיקרי בניסוי PVLAS ) Polarizzazion del Vuoto con LASer). על פי פיזיקת החלקיקים, פוטון ופוטון לא נמשכים זה לזה. אך בתהליך מסוים לא ידוע, פוטון הופך לזוג של פרמיון ואנטי-פרמיון, טעונים וירטואלית. פרמיונים אלו יכולים להיות או לפטונים או קווארקים. הפוטון השני יכול להתחבר לפרמיון או לאנטי-פרמיון. ישנם שלושה תהליכי אינטראקציה: 1. מפוטון אחד יכולים להיווצר קווארק ואנטי-קווארק או לפטון ואנטי-לפטון. 2. מפוטון אחד יכולים להיווצר קווארק ואנטי-קוורק שהופכים לווקטור מזון. 3. שני הפוטונים הופכים לשני ווקטורי מזון, כתוצאה מכך תהיה אינטראקציה בין שני האדרונים. Channelling Matter creation יצירת זוג Delbruck scattering Lauber, J A, 1997, A small tutorial in gamma - gamma Physics Two Photon physics at LEP Two Photon pysics at CESR David d’Enterria and Gustavo G. da Silveira, Observing Light-by-Light Scattering at the Large Hadron Collider, APS physics, ‏22 באוגוסט 2013 ATLAS spots light-by-light scattering, CERN Courier, ‏11 בנובמבר 2016, נערך ב-27 במאי 2019 CERN Document Server, Light-by-light scattering in ultra-peripheral Pb+Pb collisions at sNN−−−−√=5.02 TeV with the ATLAS detector at the LHC, ‏30 בספטמבר 2016, נערך ב-29 במאי 2018 Collaboration, CMS, Evidence for light-by-light scattering and searches for axion-like particles in ultraperipheral PbPb collisions at sNN−−−√= 5.02 TeV, Cornell University, ‏10 באוקטובר 2018 Guido Zavattini, Ugo Gastaldi, Ruggero Pengo, Giuseppe Ruoso, Federico Della Valle, Edoardo Milotti, Measuring the magnetic birefringence of vacuum: the PVLAS experiment, Cornell University, ‏11 בינואר 2012 Author links open overlay panelT.F.WalshP.Zerwas, Two-photon processes in the parton model, ScienceDirect, ‏16 באפריל 1973 Author links open overlay panelEdwardWitten, Anomalous cross section for photon-photon scattering in gauge theories, ScienceDirect, ‏14 במרץ 1977 William A. Bardeen and Andrzej J. Buras, Higher-order asymptotic-freedom corrections to photon-photon scattering, APS physics, ‏1 ביולי 1979 William A. Bardeen and Andrzej J. Buras, Erratum: Higher-order asymptotic-freedom corrections to photon-photon scattering, APS physics, ‏1 באפריל 1980 Author links open overlay panelL3 CollaborationP.AchardtO.AdrianiqM.Aguilar-BenitezyJ.AlcarazyG.AlemanniwJ.AllabyrA.AloisioacM.G.AlviggiacH.AnderhubawV.P.AndreevfahF.AnselmohA.ArefievabT.AzemooncT.AziziP.BagnaiaamA.BajoyG.Baksayz…M.Zöllera, Measurement of the photon structure function with the L3 detector at LEP, ScienceDirect, ‏1 בספטמבר 2005 Author links open overlay panelRichardNisius, The photon structure from deep inelastic electron–photon scattering, ScienceDirect, ‏יולי 2000