Los científicos de la colaboración ATLAS en el LHC han encontrado evidencia de dispersión luz por luz, en el que dos fotones interactúan y cambian su trayectoria. Investigadores de DESY, la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz y la Universidad de Ciencia y Tecnología AGH en Cracovia realizaron el estudio.

"Según la electrodinámica clásica, los rayos de luz se cruzan sin dispersarse. Pero si tenemos en cuenta la física cuántica, la luz puede ser dispersada por la luz, aunque este fenómeno parece muy improbable ", explica Mateusz Dyndal, un científico de DESY que jugó un papel importante en el análisis de datos. Una de las predicciones más antiguas de la electrodinámica cuántica dice que los fotones, las partículas portadoras de la fuerza electromagnética, pueden interactuar y dispersarse unos de otros. Este proceso ha sido probado en diferentes entornos, pero hasta ahora no se había logrado una observación directa de la dispersión de luz a luz.

En 2012, Los físicos propusieron que se podía observar la dispersión de luz a luz en las colisiones en el LHC. Los protones que se aceleran casi a la velocidad de la luz producen un campo electromagnético muy fuerte. El campo generado es aún más fuerte cuando se utilizan iones de plomo en lugar de protones. Cuando dos de estos iones se cruzan en una llamada colisión ultraperiférica, dos fotones pueden dispersarse entre sí mientras los iones permanecen intactos. Luego, los científicos observan dos fotones de baja energía con propiedades cinemáticas específicas y sin actividad adicional en el detector. Según los datos tomados en 2015 en el LHC, Los físicos del experimento ATLAS realizaron una búsqueda de la dispersión de luz a luz y encontraron evidencia de 4.4σ para el fenómeno. El valor σ describe la importancia estadística de un resultado científico. Los físicos suelen hablar de un "descubrimiento" si encuentran un resultado de 5σ y llaman a un resultado de 3σ "evidencia" de algo nuevo. La dispersión luz por luz tiene una sección transversal muy pequeña, lo que significa que ocurre muy raramente. Así, en cuatro mil millones de eventos analizados, sólo se observaron 13 candidatos para tales eventos de difotón.

Debido a que los científicos observaron solo unos pocos eventos atribuidos a la dispersión de luz a luz, la precisión estadística de sus resultados es limitada. Cuando comience la próxima carrera líder-líder en el LHC (finales de 2018), esperan recopilar más datos para probar este fenómeno con mayor precisión. Otros estudios también podrían proporcionar una ventana adicional a la nueva física en el LHC. "Tal vez podamos encontrar pruebas de la física más allá del modelo estándar de física de partículas, por ejemplo, partículas similares a axiones que son posibles candidatas a la materia oscura. Diferentes conceptos teóricos predicen que la dispersión luz a luz puede ser sensible a este tipo de partículas ", dice Dyndal.