Os físicos do experimento ATLAS no CERN encontraram a primeira evidência direta de espalhamento de luz por luz de alta energia, um processo muito raro no qual dois fótons - partículas de luz - interagem e mudam de direção. O resultado, publicado hoje em Física da Natureza , confirma uma das previsões mais antigas da eletrodinâmica quântica (QED).

"Este é um resultado marcante:a primeira evidência direta da luz interagindo com ela mesma em alta energia, "diz Dan Tovey (University of Sheffield), Coordenador de Física do ATLAS. "Este fenômeno é impossível nas teorias clássicas do eletromagnetismo; portanto, este resultado fornece um teste sensível de nossa compreensão do QED, a teoria quântica do eletromagnetismo. "

Evidências diretas de espalhamento luz por luz em alta energia provaram ser evasivas por décadas - até que a segunda execução do Grande Colisor de Hádrons começou em 2015. Conforme o acelerador colidiu com íons de chumbo em taxas de colisão sem precedentes, obter evidências de espalhamento luz por luz tornou-se uma possibilidade real. "Esta medição tem sido de grande interesse para as comunidades de íons pesados ​​e física de alta energia por vários anos, como cálculos de vários grupos mostraram que podemos alcançar um sinal significativo estudando as colisões de íons de chumbo na execução 2, "diz Peter Steinberg (Laboratório Nacional de Brookhaven), Convocador do ATLAS Heavy Ion Physics Group.

As colisões de íons pesados ​​fornecem um ambiente exclusivamente limpo para estudar a dispersão de luz por luz. À medida que grupos de íons de chumbo são acelerados, um enorme fluxo de fótons circundantes é gerado. Quando os íons se encontram no centro do detector ATLAS, muito poucos colidem, no entanto, seus fótons ao redor podem interagir e se espalhar uns dos outros. Essas interações são conhecidas como 'colisões ultraperiféricas'.

Estudando mais de 4 bilhões de eventos ocorridos em 2015, a colaboração ATLAS encontrou 13 candidatos para espalhamento luz por luz. Este resultado tem uma significância de 4,4 desvios padrão, permitindo a colaboração do ATLAS para relatar a primeira evidência direta deste fenômeno em alta energia.

"Encontrar evidências dessa assinatura rara exigiu o desenvolvimento de um novo 'gatilho' sensível para o detector ATLAS, ", diz Steinberg." A assinatura resultante - dois fótons em um detector vazio - é quase o oposto do evento tremendamente complicado normalmente esperado de colisões de núcleos de chumbo. O sucesso do novo acionador na seleção desses eventos demonstra o poder e a flexibilidade do sistema, bem como a habilidade e experiência dos grupos de análise e gatilho que o projetaram e desenvolveram. "

Os físicos do ATLAS continuarão a estudar o espalhamento luz por luz durante a próxima execução de íons pesados ​​do LHC, previsto para 2018. Mais dados irão melhorar ainda mais a precisão do resultado e podem abrir uma nova janela para estudos de novas físicas. Além disso, o estudo de colisões ultraperiféricas deve desempenhar um papel maior no programa de íons pesados ​​do LHC, conforme as taxas de colisão aumentam ainda mais na Execução 3 e além.