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.

ניסויים 
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:

הראשונה - חזיתית 
במקרה זה, כאשר היונים יתנגשו, הכוחות העיקריים שיפעלו יהיה הכוחות בין הקווארקים בפרוטונים. כוח זה הוא הכוח החזק, והוא משפיע רק במרחקים קטנים מאוד.

הדרך השנייה 
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 הסטנדרטי בהתפזרות 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).

תהליכים 
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.

ראו גם 
 Channelling
 Matter creation
 יצירת זוג
 Delbruck scattering

קישורים חיצוניים 
 Lauber, J A, 1997, A small tutorial in gamma - gamma Physics
 Two Photon physics at LEP
 Two Photon pysics at CESR

הערות שוליים 

פיזיקת חלקיקים