Jakie są skutki zderzenia dwóch fotonów o niskich energiach?

Pytanie

Pyta Paweł

Jakie są skutki zderzenia dwóch fotonów o niskich energiach? Czy efekt zależy od kąta pod którym dochodzi do zderzenia? Czy w ogóle w takiej sytuacji można mówić o „zderzeniu”? Wszystkie zderzenia fotonów o których czytałem dotyczyły fotonów o wysokich energiach, ale zastanawiam się co się dzieje, gdy energia jest zbyt mała, by wygenerować parę cząstka-antycząstka (RHIC 2021), albo parę bozonów W (LHC 2020).

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Gdy energia zderzających się w próżni fotonów jest znacznie mniejsza, niż potrzebna do kreacji pary najlżejszych naładowanych elektrycznie cząstek (pary elektron-pozyton), to prawdopodobieństwo oddziaływania między fotonami staje się bardzo małe, ale pozostaje niezerowe. Jeśli dojdzie do oddziaływania, to fotony mogą zmienić kierunek ruchu, a z jeszcze mniejszym prawdopodobieństwem mogą zostać wyprodukowane dodatkowe fotony lub grawitony. W praktyce prawdopodobieństwo zderzenia swobodnych niskoenergetycznych fotonów jest na tyle małe, że, o ile mi wiadomo, procesy takie nie zostały dotąd zaobserwowane. Nasza wiedza o nich pochodzi wyłącznie z obliczeń w ramach elektrodynamiki kwantowej, która przewiduje m.in. zależność efektu od kąta, pod którym dochodzi do zderzenia. Więcej na ten temat można przeczytać w Wikipedii.