Oamenii de știință realizând un experiment în cadrul Large Hadron Collider au detectat particule masive W care rezultă din coliziuni cu câmpuri electromagnetice. Cum are loc acest lucru?

Large Hadron Collider operează cu celebra ecuație a lui Albert Einstein, E = mc², pentru a transforma materia în energie și apoi invers în diferite forme de materie. Dar, în rare ocazii, poate sări peste primul pas și să se ciocnească de energie pură – sub formă de unde electromagnetice.

Anul trecut, experimentul ATLAS din cadrul LHC a observat doi fotoni, particule de lumină, ricoșându-se reciproc și producând doi fotoni noi. Anul acesta, cercetătorii din cadrul Large Hadron Collider au adus acea cercetare cu un pas mai departe și au descoperit fotonii care se unesc și se transformă în ceva și mai interesant: bosonii W, particule care poartă forța slabă ce stă la baza decăderii nucleare.

Această cercetare nu ilustrează doar conceptul central care guvernează procesele din interiorul LHC: că energia și materia sunt depind reciproc una de alta. De asemenea, confirmă faptul că la energii suficient de mari, forțele care par separate în viața noastră de zi cu zi (electromagnetismul, de exemplu) și forțele slabe, sunt unite defapt.

Când se întâmplă acest fenomen?

Dacă ar fi să încercăm să reproducem acest experiment de coliziune a fotonilor în condiții de casă, interpunând fasciculele a doi indicatori laser, nu vom putea crea particule noi, masive. În schimb, vom vedea că cele două fascicule se combină pentru a forma un fascicul de lumină și mai strălucitor.

„Dacă ne întoarcem la ecuațiile lui Maxwell pentru electromagnetism clasic, veți vedea că două unde care se ciocnesc rezultă într-o undă mai mare”, spune Simone Pagan Griso, cercetător la Laboratorul Național Lawrence Berkeley al Departamentului pentru Energie al SUA. „Vedem aceste două fenomene înregistrate recent de ATLAS doar atunci când punem împreună ecuațiile lui Maxwell cu relativitatea specială și mecanica cuantică în așa-numita teorie a electrodinamicii cuantice.”

CITEȘTE:  SpaceX va trimite două persoane în jurul Lunei

În interiorul acceleratorului de la CERN, protonii sunt accelerați aproape de viteza luminii. Formele lor în mod normal rotunjite se strecoară de-a lungul direcției mișcării, pe măsură ce relativitatea specială înlocuiește legile clasice ale mișcării pentru procesele care au loc în Large Hadron Collider. Cei doi protoni care intră se văd reciproc ca niște obiecte comprimate însoțite de un câmp electromagnetic la fel de stors (protonii sunt încărcați și toate particulele încărcate au un câmp electromagnetic). Energia LHC combinată cu contracția lungimii mărește puterea câmpurilor electromagnetice a protonilor de circa 7500 ori.

Când doi protoni se ating reciproc, câmpurile lor electromagnetice strânse se intersectează. Aceste câmpuri trec peste eticheta clasică de „amplificare” care se aplică la energiile mici și, în schimb, respectă regulile subliniate de electrodinamica cuantică. Prin aceste noi legi, cele două câmpuri pot fuziona și deveni „E” în E = mc².

„Dacă citiți ecuația E = mc² de la dreapta la stânga, veți vedea că o cantitate mică de masă produce o cantitate uriașă de energie din cauza constantei c², care este viteza luminii la pătrat”, spune Alessandro Tricoli, un cercetător la Laboratorul Național Brookhaven. „Dar dacă priviți formula invers, veți vedea că trebuie să începeți cu o cantitate uriașă de energie pentru a produce chiar și o cantitate mică de masă.”

LHC este unul dintre puținele locuri de pe Pământ care pot produce și ciocni fotoni energetici și este singurul loc în care oamenii de știință au văzut doi fotoni energetici fuzionându-se și transformându-se în bosoni W masivi.

via: [SciTechDaily]