Cientistas da colaboração ATLAS no LHC encontraram evidências de espalhamento luz por luz, em que dois fótons interagem e mudam sua trajetória. Pesquisadores do DESY, a Johannes Gutenberg University Mainz e a AGH University of Science and Technology em Cracóvia realizaram o estudo.

"De acordo com a eletrodinâmica clássica, feixes de luz passam uns pelos outros sem serem espalhados. Mas se levarmos em conta a física quântica, a luz pode ser espalhada pela luz, embora este fenômeno pareça muito improvável ", explica Mateusz Dyndal, um cientista do DESY que desempenhou um papel importante na análise de dados. Uma das previsões mais antigas da eletrodinâmica quântica diz que os fótons, as partículas transportadoras da força eletromagnética, podem interagir e se espalhar. Este processo foi testado em diferentes ambientes, mas uma observação direta da dispersão de luz por luz não foi alcançada anteriormente.

Em 2012, os físicos propuseram que o espalhamento de luz por luz poderia ser observado em colisões no LHC. Prótons que são acelerados quase à velocidade da luz produzem um campo eletromagnético muito forte. O campo gerado é ainda mais forte quando íons de chumbo são usados ​​em vez de prótons. Quando dois desses íons se cruzam em uma chamada colisão ultraperiférica, dois fótons podem se espalhar enquanto os próprios íons permanecem intactos. Os cientistas então observam dois fótons de baixa energia com propriedades cinemáticas específicas e nenhuma atividade adicional no detector. Com base nos dados coletados em 2015 no LHC, físicos do experimento ATLAS conduziram uma busca por espalhamento luz por luz e encontraram evidências de 4,4σ para o fenômeno. O valor σ descreve a significância estatística de um resultado científico. Os físicos geralmente falam de uma "descoberta" se encontram um resultado 5σ e chamam um resultado 3σ de "evidência" de algo novo. O espalhamento luz por luz tem uma seção transversal muito pequena, o que significa que isso acontece muito raramente. Assim, em quatro bilhões de eventos analisados, apenas 13 candidatos para tais eventos de difotão foram observados.

Como os cientistas observaram apenas alguns eventos atribuídos à dispersão luz por luz, a precisão estatística de seus resultados é limitada. Quando o próximo lead-lead executado no LHC começar (final de 2018), eles esperam coletar mais dados para testar esse fenômeno com mais precisão. Estudos adicionais também podem fornecer uma janela adicional para a nova física no LHC. "Talvez possamos encontrar evidências para a física além do modelo padrão da física de partículas, por exemplo, partículas semelhantes a axiões que são possíveis candidatas à matéria escura. Diferentes conceitos teóricos prevêem que a dispersão luz por luz pode ser sensível a tais partículas ", diz Dyndal.