当光撞击自身时会发生什么？
通常，光波可以毫无阻力地相互穿过。 根据电动力学定律，两束光束可以存在于同一个地方，而不会相互影响; 它们只是重叠。 因此，科幻电影中看到的光剑战斗在现实中会相当无聊。 尽管如此，量子物理学还是预测了“光对光散射”的影响。 普通激光的威力不足以探测到它，但在 CERN 粒子处已经观察到了它加速器。 虚拟粒子可以在短时间内从无到有，与光子相互作用并改变它们的方向。 这种影响极小，但必须精确理解，以便通过目前对μ子的高精度实验来验证粒子物理理论。 维也纳工业大学（维也纳）的一个团队现在已经能够证明，以前被低估的一个方面在其中起着重要作用：所谓的张量介子的贡献。 新结果是发表在杂志上物理评论快报。 从无到有的虚拟粒子 当光子与光子相互作用时，可以创建虚拟粒子。 它们不能直接测量，因为它们会立即消失。 从某种意义上说，它们一直存在，同时又不存在——量子物理学允许这种状态的叠加，根据我们经典的日常理解，这些状态是相互排斥的。 “尽管无法观察到这些虚拟粒子直接，它们对其他粒子有可测量的影响，“该研究的主要作者、维也纳工业大学理论物理研究所的乔纳斯·马格说。 “如果你想精确计算真实粒子的行为方式，你必须正确考虑所有可以想象的虚拟粒子。 这就是这项任务如此困难的原因，但也如此有趣。 当光散射光时，光子可能会转变为电子-正电子对。 然后其他光子可以在电子和正电子相互湮灭并成为新光子之前与这两个粒子相互作用。 当产生更重的粒子时，事情就会变得更加复杂，这些粒子也受到强大的核力的影响——例如，介子，它由夸克和反夸克组成。 “这些介子有不同类型，”乔纳斯·马格说。 “我们现在已经能够证明其中之一，即张量介子，被大大低估了。 通过光-光散射，它们会影响μ子的磁性，可用于以极高的精度测试粒子物理学的标准模型。 张量介子确实出现在早期的计算中，但进行了非常粗略的简化。 在新的评估中，他们的贡献不仅比之前假设的要强得多，而且与之前想象的有不同的迹象，从而对结果产生了相反的影响。 不寻常的理论方法 这一结果还解决了去年最新分析计算和替代计算机模拟之间出现的差异。 “问题在于，传统的分析计算只能在有限情况下很好地描述夸克的强相互作用，”Anton Rebhan（维也纳工业大学）说。 另一方面，维也纳工业大学团队使用了一种非常规的方法——全息量子色动力学。 这涉及在四个维度上映射过程（即 三空间维度和一个时间维度）到具有重力的五维空间上。 然后，在另一个空间中可以更容易地解决一些问题，然后结果再次转换回来。 “张量介子可以映射到五维引力子上，爱因斯坦的引力理论对此做出了明确的预测，”Anton Rebhan 解释道。 “我们现在拥有计算机模拟和分析结果，它们很好地结合在一起，但偏离了之前的某些假设。 我们希望这还将为加速已经计划的张量介子特定实验提供新的动力。 测试标准模型 这些分析对于物理学中最大的问题之一很重要：粒子物理学的标准模型有多可靠？ 这是普遍接受的量子物理理论，它描述了所有已知类型的粒子和所有自然力——除了引力。 标准模型的准确性可以特别好地研究在一些特殊的测试用例中，例如通过测量μ子的磁矩。 多年来，科学家们一直困惑于理论和实验之间的某些差异是否指向标准模型之外的“新物理学”，或者它们是否只是不准确或错误。 μ子磁矩的差异最近变得小得多——但为了真正寻找新的物理学，剩余的理论不确定性也必须被精确地理解尽可能。 这正是新作品所做出的贡献。