Question

光和物质是如何相互作用的？或将让粒子没有时间失去能量！

Answer 1

将基本粒子束相互撞击的新想法可能揭示出，在极端条件下，光和物质是如何相互作用的，这些极端条件可能存在于奇特的天体物理物体表面，可能存在于强大的宇宙光爆发和恒星爆炸中，可能存在于下一代粒子对撞机中，也可能存在于高温、密集的聚变等离子体中。大多数这样的相互作用在自然界是非常成功地描述了一个称为量子电动力学(QED)的理论。然而，目前的理论形式并不能帮助预测超大电磁场中的现象。

在发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一项研究论文中，美国能源部SLAC国家加速器实验室(SLAC National Accelerator Laboratory)研究人员及其同事提出了一个新的粒子对撞机概念，该概念将使我们能够研究这些极端效应。极端磁场会吸收粒子束碰撞产生的能量，而粒子束碰撞是一种不必要的损失，通常通过将粒子束束成相对较长的扁平束并控制电磁场强度来减轻这种损失。

（博科园-图示）模拟结果表明了一种新的球形电子束碰撞方法，它可以让科学家们在极强的电磁场(红色区域)中测试量子电动力学，这是一种描述光和物质相互作用的理论。这样的实验可以 探索 有趣现象，包括电子-电子碰撞中产生高密度伽马射线束(黄色)的碰撞。图片：Physical Review Letters

相反，新的研究表明，让粒子束如此之短，以至于它们没有足够的时间失去能量。这样的对撞机将提供一个机会来研究与极端场相关的有趣效应，包括粒子束中出现的光子碰撞。这项研究是SLAC研究人员的合作，还包括普林斯顿大学，葡萄牙里斯本大学，德国杜塞尔多夫大学，以及俄罗斯梅菲国立核研究大学。该项目的部分资金来自美国能源部科学办公室的早期职业研究计划奖。

一个关于 探索 极限场量子电动力学(QED)和它所创造物理现象的研讨会将于夏末在SLAC举行。研究人员证明了用100ev级粒子对撞机探测量子电动力学完全非扰动状态的实验可行性。通过使用紧密压缩和聚焦的电子束，可以减轻束辐射损失，让粒子体验到极端的电磁场。三维胞内粒子模拟验证了该方法的可行性。所设想的实验前沿有潜力建立一个新的研究领域，并刺激这一尚未 探索 的强场量子电动力学机制的新理论方法论发展。