الضوء يولد جسيمات ثقيلة سريع

الأصل: "Measurement and effective field theory interpretation of the photon-fusion production cross section of a pair of W bosons in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV"
· CMS Collaboration
arXiv:2601.21574 · 2026-01-29 · CC BY 4.0 · 1 دقيقة
في مصادم الهادرونات الكبير، رصدوا كيف يتصادم فوتونان وينتجان زوجًا من بوزونات W.

في مصادم الهادرونات الكبير، يقوم الفيزيائيون بتسريع البروتونات إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء ثم يصادمونها. عادةً، تشارك البروتونات نفسها في هذه التصادمات، لكن في بعض الأحيان تمر بالقرب من بعضها دون أن تلامس، وتتفاعل مجالاتها الكهربائية. يمكن تصور هذه المجالات كسحب من الفوتونات — جسيمات الضوء — التي تحيط بكل بروتون. عندما يتصادم فوتونان من هذا القبيل، يمكن أن ينتجا زوجًا من بوزونات W — الجسيمات المسؤولة عن القوة النووية الضعيفة التي تتحكم في اضمحلال النوى الذرية.

في التحليل الجديد، اختار علماء تعاون CMS الأحداث التي لا يبقى بعد التصادم سوى إلكترون وميون — آثار اضمحلال بوزونات W — ولا توجد جسيمات أخرى حول نقطة تولدها. هذا الأثر "النظيف" يشير إلى أن بوزونات W وُلدت بالفعل من اندماج الفوتونات، وليس من ضربة مباشرة بين البروتونات. وقد تراكمت أحداث كافية لقياس احتمال هذه العملية بشكل موثوق.

الفوتونات ليس لها كتلة، لكن تصادمها ينتج بوزونات W التي هي أثقل بحوالي 86 مرة من البروتون. الطاقة تتحول إلى كتلة — هكذا تعمل المعادلة الشهيرة E=mc².

المقطع العرضي المقاس لتوليد أزواج W تطابق مع توقعات النموذج القياسي — النظرية التي تصف جميع الجسيمات والقوى المعروفة باستثناء الجاذبية. هذا التوافق سمح للفيزيائيين بوضع حدود صارمة على وجود تفاعلات جديدة قد تظهر في مثل هذه العمليات. إذا كانت الطبيعة تنحرف عن النموذج القياسي، فسيظهر ذلك في تغير احتمال توليد بوزونات W.

الآن، حصل العلماء على أداة إضافية لاختبار القوانين الأساسية. قياس اندماج الفوتونات لإنتاج بوزونات W هو مثل مسطرة دقيقة نتحقق بها مما إذا كان فضاء الفيزياء المعروفة منحنيًا. وحتى الآن، تُظهر المسطرة: كل شيء مستقيم.

عملية اندماج الفوتونات لإنتاج زوج من بوزونات W نادرة جدًا لدرجة أنه مقابل مليارات تصادمات البروتونات لا يحدث سوى عدد قليل من هذه الأحداث. لالتقاطها، سجل كاشف CMS البيانات ثلاث سنوات متتالية.

العلماء
Satyendra Nath BoseAlbert EinsteinPaul DiracEmilio Gino SegrèPeter HiggsRichard Feynman
المفاهيم
تعاون CMS كاشف سي إم إس مقطع عرضي كشف الفوتون المفرد طاقة التصادم تصادم البروتونات عد الفوتونات زوج إلكترون-بوزيترون إنتاج الأزواج بوزون z فيمتوبارن معكوس كاشف كمي بيسي الثالث أنبوب مضاعف ضوئي كاشف ضوئي بيون كتلة البروتون