Jak zachowują się wirtualne fotony w eksperymentach z jonami złota w RHIC?

Pytanie

Pyta Lukasz

W RHIC wykorzystano jony złota, aby udowodnić teorię Johna Wheelera o wytworzeniu materii ze zderzeń fotonów. Moje pytanie: skąd biorą się fotony otaczające jony złota rozpędzone do prędkości 99.995 prędkości światła i dlaczego się nie rozpraszają, tylko je otaczają?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

W RHIC rzeczywiście zderzano m.in. jony złota. Prawdą jest również, że w tych zderzeniach może zajść proces podobny do opisanego w 1934 przez Breita i Wheelera. Zaobserwowanie tego procesu nie było jednak głównym celem przeprowadzanych eksperymentów, gdyż kreacja par elektron-pozyton w zderzeniu dwóch fotonów obserwowana jest od czasu doświadczeń Patricka Blacketta w 1933. Jest ona również jednym z podstawowych przewidywań bardzo dobrze przetestowanej eksperymentalnie Elektrodynamiki Kwantowej.

Jony złota w RHIC rozpędzane są do prędkości około 99.995 prędkości światła. Każdy z nich jest cząstką naładowaną, więc otoczony jest swoim elektromagnetycznym polem Coulomba. Kwanty tego pola są wirtualnymi fotonami, i one właśnie ulegają zderzeniu, natomiast same jony mogą pozostać nienaruszone. Im szybciej względem siebie poruszają się jądra złota, tym bardziej proces zderzenia wirtualnych fotonów przypomina proces zderzenia fotonów rzeczywistych (poruszających się dokładnie z prędkością światła), czyli proces Breita-Wheelera. Unikałbym jednak mówienia o fotonach wirtualnych poruszających się wolniej niż fotony rzeczywiste, gdyż byłoby to bardzo mylące.