Светлинните лъчи обикновено преминават един през друг, без да оказват никакво въздействие. Според електродинамиката те могат да се припокриват в едно и също пространство, без да взаимодействат. Ето защо подобни на филмовите „светлинни битки“ не биха се случили в реалността. Квантовата физика обаче предсказва нещо различно: рядък процес, наречен „разсейване на светлина от светлина“, при който фотоните могат да взаимодействат, като за кратко създават други частици.

Тези частици се наричат виртуални частици. Те се появяват за кратко време и след това изчезват, но все пак оставят измерими ефекти. Йонас Магер от Техническия университет във Виена (TU Wien) обяснява: „Въпреки че тези виртуални частици не могат да бъдат наблюдавани директно, те оказват измерим ефект върху други частици. Ако искате да изчислите точно как се държат реалните частици, трябва да вземете предвид правилно всички възможни виртуални частици. Това е, което прави тази задача толкова трудна, но и толкова интересна.“

Когато фотоните се разсейват, те могат временно да се превърнат в електрон и позитрон, които след това взаимодействат, преди да изчезнат отново. Нещата стават по-сложни, когато са замесени по-тежки частици, като например мезони. Те са съставени от кварк и антикварк и са подложени на силни ядрени сили.

Екипът от Техническия университет във Виена доказа, че един вид мезони – тензорните мезони – играят по-голяма роля, отколкото се смяташе досега. Магер заяви: „Сега успяхме да покажем, че един от тях – тензорните мезони – е бил значително подценен. Чрез ефекта на светлинно-светлинното разсейване те оказват влияние върху магнитните свойства на мюоните, което може да се използва за тестване на Стандартния модел на частичната физика с изключителна точност.“ По-ранните изчисления третираха тензорните мезони твърде опростено, но новата работа показва, че техният принос е по-силен и дори с обратен знак в сравнение с предишните предположения.

Стандартният модел е водещата теория в физиката на елементарните частици, която обяснява фундаменталните частици, съставляващи материята, и как те взаимодействат чрез три сили: електромагнитна, слаба и силна ядрена сила. Той включва кварки, лептони, бозони, пренасящи сила, и бозонът на Хигс, който придава маса на частиците. Разработен през 70-те години на миналия век, той успешно е предсказал много експериментални резултати, въпреки че не обяснява напълно гравитацията, тъмната материя или тъмната енергия.

В него мюонът е фундаментална субатомна частица, подобна на електрона, но около 207 пъти по-тежка и силно нестабилна. Образувани при сблъсъка на космическите лъчи с земната атмосфера, мюоните се разпадат за микросекунди и помагат на учените да тестват Стандартния модел на физиката на елементарните частици с изключителна прецизност.

Това е свързано с по-голямо предизвикателство в областта на физиката на елементарните частици. Аномалният магнитен момент на мюона е един от най-прецизните тестове на Стандартния модел. За да го изчислят, учените трябва да отчетат всички възможни приноси от хадроновото разсейване „светлина-светлина“. Тук важна роля играят ограниченията за къси разстояния от квантовата хромодинамика (QCD). Предишните модели отговаряха на тези ограничения само частично.

Проучването на TU Wien показва, че тензорните мезони могат да помогнат за запълването на тази празнина. В холографската QCD тяхната безкрайна кула от възбудени състояния допринася конкретно за симетричното ограничение на късите разстояния в надлъжна посока. Числено те добавят значителен положителен ефект от нискоенергийната област под 1,5 GeV, по-малък от смесената област и почти никакъв от високите енергии. Това би могло да обясни оставащата разлика между дисперсионните и решетъчните резултати за пълния принос на адронното светлина-срещу-светлина.

Мезонът е субатомна частица, съставена от един кварк и един антикварк, свързани помежду си чрез силна ядрена сила. Примери за това са пионите и каоните. Тензорният мезон е специален вид мезон, който се отличава със своето квантово състояние със спин 2, математически описано като симетричен тензор от ранг 2. За разлика от обикновените скаларни или векторни мезони, тензорните мезони имат по-сложни свойства на ъгловия импулс и играят важна роля в напредналите изчисления по квантова хромодинамика и разсейване на светлина.

Резултатите допринасят за намаляване на неточностите при изчисленията на магнитния момент на мюона. Чрез изясняване на ролята на тензорните мезони, проучването засилва увереността в теоретичните предсказания и подкрепя текущите усилия за проверка дали Стандартният модел е изчерпателен или зад него се крие нова физика.

Снимка: Unsplash/TU Wien

Виж още: Поглед към Титан: Огромният спътник на Сатурн може да бъде следващата ни космическа дестинация след Луната и Марс