Jika Anda tidak menyadarinya, foton adalah sedikit cahaya. Faktanya, mereka adalah cahaya sekecil mungkin. Ketika Anda menyalakan lampu, sejumlah besar foton muncul dari bola lampu itu dan membanting ke mata Anda, di mana mereka diserap oleh retina Anda dan berubah menjadi sinyal listrik sehingga Anda dapat melihat apa yang Anda lakukan.
Jadi, Anda dapat membayangkan berapa banyak foton yang mengelilingi Anda pada satu waktu. Tidak hanya dari lampu di kamar Anda, tetapi foton juga mengalir masuk melalui jendela dari matahari. Bahkan tubuh Anda sendiri menghasilkan foton, tetapi semuanya menggunakan energi infra merah, jadi Anda perlu kacamata penglihatan malam untuk melihatnya. Tapi mereka masih di sana.
Dan, tentu saja, semua gelombang radio dan sinar ultraviolet dan semua sinar lainnya terus-menerus membombardir Anda dan segala sesuatu dengan aliran foton yang tak ada habisnya.
Ini foton di mana-mana.
Paket-paket cahaya kecil ini tidak seharusnya berinteraksi satu sama lain, pada dasarnya tidak memiliki "kesadaran" yang bahkan ada. Hukum fisika sedemikian rupa sehingga satu foton berlalu begitu saja dengan yang lain tanpa interaksi.
Setidaknya itulah yang dipikirkan oleh fisikawan. Tetapi dalam percobaan baru di dalam penghancur atom yang paling kuat di dunia, para peneliti melihat sekilas hal yang mustahil: foton saling bertabrakan. Tangkapan? Foton-foton ini sedikit keluar dari permainan mereka, yang berarti mereka tidak bertindak seperti diri mereka sendiri dan sebagai gantinya menjadi "virtual." Dengan mempelajari interaksi yang sangat langka ini, fisikawan berharap untuk mengungkapkan beberapa sifat dasar cahaya dan bahkan mungkin menemukan fisika energi tinggi baru, seperti teori unified grand dan (mungkin) supersimetri.
Sentuhan ringan
Biasanya, adalah hal yang baik bahwa foton tidak berinteraksi satu sama lain atau terpental satu sama lain, karena itu akan menjadi rumah gila total dengan foton yang tidak pernah pergi ke mana pun dalam bentuk garis lurus apa pun. Jadi, syukurlah, dua foton hanya akan tergelincir satu sama lain seolah-olah yang lain tidak ada.
Yaitu, sebagian besar waktu.
Dalam percobaan berenergi tinggi, kita dapat (dengan banyak minyak siku) mendapatkan dua foton untuk saling memukul, meskipun ini jarang terjadi. Fisikawan tertarik pada proses semacam ini karena ia mengungkapkan beberapa sifat yang sangat mendalam dari sifat cahaya itu sendiri dan dapat membantu mengungkap beberapa fisika tak terduga.
Foton sangat jarang berinteraksi satu sama lain karena mereka hanya terhubung dengan partikel yang memiliki muatan listrik. Itu hanya salah satu dari aturan alam semesta yang harus kita jalani. Tetapi jika ini adalah aturan alam semesta, lalu bagaimana kita bisa mendapatkan dua foton, yang tidak memiliki muatan, untuk saling terhubung?
Ketika foton tidak
Jawabannya terletak pada salah satu aspek fisika modern yang paling sulit dipahami namun lezat, dan itu disebut dengan nama funky elektrodinamika kuantum.
Dalam gambar dunia subatomik ini, foton belum tentu foton. Yah, setidaknya, itu tidak selalu foton. Partikel-partikel seperti elektron dan foton dan yang lainnya -on terus-menerus berputar bolak-balik, mengubah identitas ketika mereka bepergian. Kelihatannya membingungkan pada awalnya: Bagaimana, katakanlah, seberkas cahaya dapat berupa apa pun selain seberkas cahaya?
Untuk memahami perilaku aneh ini, kita perlu sedikit memperluas kesadaran kita (meminjam ungkapan).
Dalam hal foton, saat mereka bepergian, sesekali (dan ingat bahwa ini sangat, sangat langka), orang dapat berubah pikiran. Dan alih-alih hanya menjadi foton, ia dapat menjadi sepasang partikel, elektron bermuatan negatif dan positron bermuatan positif (mitra antimateri elektron), yang bergerak bersama.
Berkedip dan Anda akan kehilangan itu, karena positron dan elektron akan menemukan satu sama lain, dan, seperti yang terjadi ketika materi dan antimateri bertemu, mereka musnah, puf. Pasangan aneh akan berubah menjadi foton.
Karena berbagai alasan yang terlalu rumit untuk masuk sekarang, ketika ini terjadi, pasangan ini disebut partikel virtual. Cukuplah untuk mengatakan bahwa dalam hampir semua kasus Anda tidak pernah bisa berinteraksi dengan partikel virtual (dalam hal ini, positron dan elektron), dan Anda hanya bisa berbicara dengan foton.
Tetapi tidak dalam setiap kasus.
Terang dalam gelap
Dalam serangkaian percobaan yang dijalankan oleh kolaborasi ATLAS di Large Hadron Collider di bawah perbatasan Prancis-Swiss dan baru-baru ini diserahkan ke jurnal pracetak online arXiv, tim menghabiskan terlalu banyak waktu membanting inti timbal ke dalam satu sama lain dengan kecepatan cahaya yang hampir sama. . Namun, mereka tidak benar-benar membiarkan partikel timah saling menabrak; sebagai gantinya, bit hanya datang sangat, sangat, sangat, sangat dekat.
Dengan cara ini, alih-alih harus berurusan dengan kekacauan besar tabrakan, termasuk banyak partikel tambahan, gaya dan energi, atom timbal hanya berinteraksi melalui gaya elektromagnetik. Dengan kata lain, mereka hanya bertukar banyak foton.
Dan sesekali - sangat, sangat jarang - salah satu foton itu akan berubah menjadi pasangan yang terdiri dari positron dan elektron; kemudian, foton lain akan melihat salah satu positron atau elektron tersebut dan berbicara dengannya. Suatu interaksi akan terjadi.
Sekarang, dalam interaksi ini, foton hanya semacam menabrak elektron atau positron dan pergi dengan selamat tanpa membahayakan. Akhirnya, positron atau elektron itu menemukan pasangannya dan kembali menjadi foton, sehingga hasil dari dua foton yang saling bertabrakan hanyalah dua foton yang saling memantul. Tetapi mereka mampu berbicara satu sama lain sungguh luar biasa.
Seberapa luar biasa? Nah, setelah triliunan demi traksi tabrakan, tim mendeteksi total 59 persimpangan potensial. Baru 59
Tetapi apa yang dikatakan oleh 59 interaksi itu tentang alam semesta? Untuk satu, mereka memvalidasi gambar ini bahwa foton tidak selalu foton.
Dan dengan menggali sifat partikel yang sangat kuantum ini, kita dapat mempelajari beberapa fisika baru. Misalnya, dalam beberapa model mewah yang mendorong batas-batas fisika partikel yang diketahui, interaksi foton ini terjadi pada tingkat yang sedikit berbeda, berpotensi memberi kita cara untuk menjelajahi dan menguji model-model ini. Saat ini, kami tidak memiliki cukup data untuk membedakan antara model-model ini. Tapi sekarang setelah tekniknya ditetapkan, kita mungkin bisa membuat kemajuan.
Dan Anda harus memaafkan permainan kata-kata penutup yang sangat jelas di sini, tetapi mudah-mudahan segera, kita dapat menjelaskan situasi.
Paul M. Sutter adalah seorang astrofisikawan di Universitas Negeri Ohio, tuan rumah dari "Tanya seorang angkasawan" dan "Radio luar angkasa,"dan penulis"Tempat Anda di Alam Semesta."
