İki foton fiziği

Foton-foton saçılması için bir Feynman diyagramı (kutu diyagramı): bir foton diğerinin geçici vakum yük dalgalanmalarından saçılır.

İki foton fiziği, genellikle gama-gama fiziği olarak bilinir, parçacık fiziğinin bir dalıdır ve iki foton arasındaki etkileşimi açıklar.

Normalinde, ışık ışınları birbirleriyle etkileşime girmeden geçerler. Optik bir maddenin içinde ve eğer ışınların yoğunluğu yeteri kadar yüksekse, ışınlar birbirlerini doğrusal olmayan bir şekilde etkileyebilirler. Saf vakumun içinde eğer iki fotonun oluşturduğu sistemin kütle merkezi enerjisi yeteri kadar büyükse bazı zayıf ışık saçılmaları oluşabilir. Ayrıca, sistemin kütle merkezi enerjisi aşılınca madde yaratılabilir.

Astronomi

Foton-foton saçılması gama ışımalarında 80 TeV'dir. Diğer foton kozmik mikrodalga arka planındaki birçok fotondan sadece birisidir. İki fotonun durgun haldeki sabit kütlelerinin olduğu referanslar çerçevesinde yeteri kadar enerjiye sahip olan fotonlar ve gamaların her ikisi de elektron-pozitron çiftini oluşturur.

Deneyler

İki foton fiziğinde yüksek enerjili parçacık ivmelendirici ile çalışılabilir. Burada fotonlar ivmelendirilmez ama yüklü parçacıklar fotonları radikalleştirir. En belirgin çalışmaları CERN'deki Büyük Elektron-Pozitron çarpıştırıcısında yapıldı. Eğer çapraz momentum iletilirse ve bu yüzden sapma büyük olur, elektronların biri ya da ikisi de sapabilir. Bu durum izlenme olarak adlandırılır. Etkileşimlerle oluşmuş diğer parçacıklar fiziğin etkileşimlerini yeniden oluşumları izlenir. Işıktan ışığa saçılma direkt olarak gözlemlenemez. 2012'den beri foton foton–foton saçılması kesitine en iyi kısıtlama PVLAS'ın beraberinde getirir bu standart modelde tahmin edilen seviyeden daha yüksek bir limit olduğunu rapor eder. Öneriler LHC'deki hadronlar çarpıştığında oluşan yüksek elektromanyetik alan kullanılarak elastik ışık saçılmalarını ölçülmesiyle yapıldı. Kesitlerin gözlemi standart modelle tahmin edilenden daha büyüktü. Standart Model, örneğin kurallarla yeni fiziğe işaret edebilirdi ve ama hedefi PVLAS ve birçok benzer deney olabilirdi.

Süreç

Foton, bir fermiyon-antifermiyon çiftine dönüşerek dalgalanır.

Doğrudan iki foton etkileşimi yoluyla bir fermiyon-antifermiyon çiftinin oluşturulması. Bu çizimler Feynman diyagramıdır.

Kuantum elektrodinamiğine göre fotonlar birbiriyle eğer yükleri yoksa direkt olarak çift olamazlar, ama yüksek mertebedeki süreçlerle etkileşebilirler. Topolojik Dipol Alan Teorisi'ne göre foton-foton saçılması tahmin edilebilir. Belirsizlik ilkesinin bağlarıyla bir foton çift olabilmek için fermiyon-antifermiyon çiftlerle dalgalanabilir. Bu fermiyon, çift leptonlar ya da kuarklar olabilir. Bu yüzden iki foton fiziği deneyleri fotonun yapısını ya da fotonun içinde ne olduğunu öğrenmek için yapılabilir. Etkileşim sürecini üçe ayırırız.

• Direkt ya da nokta gibi: İşaretlenmiş fotonun içinde direkt olarak kuark bulunur. Eğer lepton-antilepton çifti oluşmuşsa, bu süreç sadece kuantum elektrodinamiğini içerir. Ama eğer kuark-antikuark çifti oluşmuşsa, bu süreç kuantum elektrodinamiğini ve ayrılma kuantum kromodinamiğini içerir. Fotonun asıl kuark içeriği deneysel olarak derin elastik olmayan elekron –foton saçılmasıyla foton yapı fonksiyonu olarak tanımlanır.
• Tek kararlı: İşaretli atomun kuark çifti bir vektör ortacığından oluşur. Araştırmacı foton çifti bu ortacığı oluşturur.
• Çift kararlı: İşaretli ve araştırmacı foton vektör ortacığına sahiptir. Bu iki hadronun etkileşiminin sonucudur.

Son iki durum için güçlü etkileşme sabiti gibi değerlerin olduğu skala geniştir. Bu Vektör Ortacık Baskınlığı olarak adlandırılır ve ayırmayıcı kuantum kromodinamiği olarak modellenmelidir.

Dış bağlantılar

• Lauber, J. A. (1997). "A small tutorial in gamma–gamma Physics". 6 Mart 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
• "Two-photon physics at LEP". 18 Mart 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
• "Two-photon physics at CESR". 8 Haziran 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi.