当光相互碰撞时会发生什么？科学家刚刚找到了答案

尽管如此，量子物理学预言了"光-光散射"效应的存在。普通激光器的功率不足以探测到这种现象，但在CERN粒子加速器中已观测到该效应。虚粒子确实能在短时间内凭空出现，与光子相互作用并改变其运动方向。这种效应极其微弱，但为了通过当前μ子高精度实验验证粒子物理理论，必须对其进行精确理解。维也纳工业大学的研究团队现已证明，一个先前被低估的因素——所谓张量介子的贡献——在此过程中起着关键作用。这项新成果已发表于《物理评论快报》期刊。

凭空出现的虚粒子

当光子与光子相互作用时，可能产生虚粒子。这些粒子无法被直接测量，因为它们会立即消失。从某种意义上说，它们同时处于既存在又不存在状态——量子物理学允许这种经典日常认知中相互排斥的态叠加。

"尽管这些虚粒子无法直接观测，但它们会对其他粒子产生可测量的影响，"该研究第一作者、维也纳工业大学理论物理研究所的乔纳斯·马格表示，"若要精确计算真实粒子的行为，就必须正确考虑所有可能的虚粒子。这正是该任务如此困难——却又如此迷人的原因。"

当光与光发生散射时，一个光子可能转化为电子-正电子对。在正负电子相互湮灭形成新光子之前，其他光子可与这对粒子相互作用。当产生同时受强核力作用的重粒子（如由夸克和反夸克组成的介子）时，情况会变得更加复杂。

"这些介子存在不同类型，"乔纳斯·马格解释道，"我们现已证实其中一类——张量介子——的贡献被严重低估。通过光-光散射效应，它们会影响μ子的磁学性质，而μ子磁矩可用来以极高精度检验粒子物理标准模型。"张量介子虽出现在早期计算中，但采用了非常粗略的简化处理。新评估不仅显示其贡献远超先前假设，更揭示其作用符号与既往认知相反，从而对结果产生方向性影响。

非常规理论方法

该结果还解决了去年最新解析计算与替代性计算机模拟之间出现的分歧。"问题在于传统解析方法只能在极限情况下较好地描述夸克的强相互作用，"安东·雷班（维也纳工业大学）指出。

研究团队采用了非常规方法——全息量子色动力学。该方法将四维时空（三维空间加一维时间）的过程映射到具有引力的五维空间。某些问题在这个替代空间中更易求解，结果随后可被转换回来。"张量介子可映射为五维引力子，而爱因斯坦引力理论对此有明确预言，"安东·雷班阐释道，"我们现在获得的计算机模拟与解析结果高度吻合，但与某些既往假设存在偏差。希望这能推动加速已规划的张量介子专项实验。"

经受检验的标准模型

这些分析对物理学核心问题至关重要：粒子物理标准模型的可靠性如何？作为当前公认的量子物理理论，该模型描述了除引力外所有已知粒子类型和自然基本力。

标准模型的准确性可在若干特殊测试案例中得到最佳验证，例如通过测量μ子磁矩。多年来，科学家们始终在探究理论预测与实验数据间的差异究竟暗示着超越标准模型的"新物理"，还是仅仅源于计算或测量偏差。近期μ子磁矩差异已显著缩小——但要真正探索新物理，必须尽可能精确理解剩余的理论不确定性。这项新研究正是为此做出了贡献。