Большой адронный коллайдер работает в соответствии со знаменитой формулой Альберта Эйнштейна E = mc², преобразуя материю в энергию, а затем обратно, уже в другую форму материи. Но в редких случаях он может пропускать первую фазу и сталкивать чистую энергию — в форме электромагнитных волн.

В прошлом году, во время эксперимента ATLAS физики, работающие с Большим адронным коллайдером, наблюдали два фотона, которые отскакивали друг от друга и создавали два новых фотона. В этом году они пошли еще дальше и открыли, что фотоны могут трансформироваться в нечто еще более интересное — W-бозоны, элементарные частицы, переносчики слабого взаимодействия, пишет Phys.org.

Новейшее исследование не просто иллюстрирует центральную идею, управляющую процессами внутри БАК — что энергия и материя две стороны одной медали. Оно также подтверждает, что при достаточно высоких энергиях силы, которые кажутся в повседневной жизни разделенными — электромагнетизм и слабое взаимодействие — объединяются.

Если попробовать воспроизвести эксперимент по столкновению фотонов дома, направив друг на друга два лазерных луча, создать новые частицы не выйдет. Два луча соединятся в один, более яркий. В ускорителе частиц ЦЕРН протоны разгоняются со скоростью, близкой к световой. Их сферическая форма искажается, так как специальная относительность вытесняет классические законы движения. Когда два протона задевают друг друга, их электромагнитные поля пересекаются и сливаются по законам квантовой электродинамики.

«Если прочитать уравнение E=mc² справа налево, можно увидеть, что небольшой объем массы производит большой объем энергии из-за с², то есть скорости света в квадрате, — пояснил Алессандро Триколи, ученый из Брукхейвенской национальной лаборатории. — Но если вы взглянете на формулу наоборот, то увидите, что вам нужно начать с огромного количества энергии, чтобы получить хотя бы крошечное количество массы».

БАК — одно из немногих мест на Земле, где можно получать и сталкивать фотоны, и единственное, где ученые наблюдали слияние и трансформацию энергетических фотонов в массивные W-бозоны.