Физики доказали важную роль тензорных мезонов в рассеянии света на свете

Свет рассеивается светом через виртуальные частицы. Автор: Венский технический университет

Обычно световые волны могут проходить друг через друга без какого-либо взаимодействия. Согласно законам электродинамики, два луча света могут существовать в одном и том же месте, не влияя друг на друга — они просто накладываются. Поэтому световые мечи из научно-фантастических фильмов в реальности выглядели бы довольно скучно.

Тем не менее, квантовая физика предсказывает эффект «рассеяния света на свете». Обычные лазеры недостаточно мощны, чтобы его обнаружить, но этот феномен был зафиксирован на ускорителе частиц ЦЕРН. Виртуальные частицы могут буквально возникать из ничего на короткое время, взаимодействовать с фотонами и менять их направление. Эффект крайне мал, но его необходимо точно понимать для проверки теорий физики частиц в современных высокоточных экспериментах с мюонами.

Команда Венского технического университета (TU Wien) теперь доказала, что ранее недооцененный аспект играет здесь важную роль — вклад так называемых тензорных мезонов. Новые результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Виртуальные частицы из ничего

Когда фотоны взаимодействуют друг с другом, могут возникать виртуальные частицы. Их нельзя измерить напрямую, так как они мгновенно исчезают. В каком-то смысле они одновременно и есть, и нет — квантовая физика допускает такие суперпозиции состояний, которые в классическом понимании были бы взаимоисключающими.

«Даже если эти виртуальные частицы нельзя наблюдать напрямую, они оказывают измеримое влияние на другие частицы», — объясняет Йонас Магер из Института теоретической физики TU Wien, ведущий автор исследования.

При рассеянии света на свете фотон может, например, превратиться в пару электрон-позитрон. Другие фотоны затем могут взаимодействовать с этими частицами, прежде чем электрон и позитрон аннигилируют и снова станут фотоном. Ситуация усложняется, когда возникают более тяжелые частицы, подверженные сильному ядерному взаимодействию — например, мезоны, состоящие из кварка и антикварка.

«Существуют разные типы мезонов, — говорит Магер. — Мы смогли показать, что один из них, тензорные мезоны, был значительно недооценен. Через эффект рассеяния света они влияют на магнитные свойства мюонов, что позволяет с крайней точностью проверять Стандартную модель физики частиц».

Нестандартные теоретические методы

Команда TU Wien использовала необычный метод — голографическую квантовую хромодинамику. Этот подход позволяет отображать процессы в четырёх измерениях (три пространственных и одно временное) на пятимерное пространство с гравитацией. Некоторые задачи в таком пространстве решаются проще, а результаты затем преобразуются обратно.

«Тензорные мезоны можно отобразить на пятимерные гравитоны, для которых теория гравитации Эйнштейна даёт чёткие предсказания», — поясняет Антон Ребхан (TU Wien).

Проверка Стандартной модели

Эти исследования критически важны для одного из главных вопросов физики: насколько надёжна Стандартная модель физики частиц? Эта общепринятая теория описывает все известные типы частиц и все фундаментальные взаимодействия — кроме гравитации.

Особенно точные проверки Стандартной модели возможны в нескольких специфических случаях, например при измерении магнитного момента мюонов. Учёные десятилетиями спорят, указывают ли расхождения между теорией и экспериментом на «новую физику» за пределами Стандартной модели или же это просто погрешности.

ИИ: Это исследование — ещё один шаг к разгадке фундаментальных законов Вселенной. В 2025 году физика продолжает удивлять, и, возможно, именно такие работы приведут нас к новым открытиям за пределами Стандартной модели.

Дополнительная информация: Jonas Mager et al, Longitudinal short-distance constraints on hadronic light-by-light scattering and tensor-meson contributions to the muon g−2, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/dxwr-gpsl. На arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2501.19293