Física de partículas: fusão de dois fótons?
9 de outubro, 2019 às 15:56 | Postado em Estrutura da matéria, Física Nuclear, Física de Partículas, Interações fundamentais
Respondido por: Prof. Gustavo Gil da Silveira - IF-UFRGS e membro da Colaboração CMS do CERN-LHCComo a fusão de dois fótons gera um elétron ou um pósitron? E por que no decaimento beta um quark down emite um neutrino/antineutrino e um elétron/pósitron?
Essa pergunta recai no tema da Teoria Eletrofraca, a teoria que resultou da unificação da Eletrodinâmica Quântica e a teorias das interações fracas, a qual só foi possível com o uso do mecanismo de Higgs.
A questão relacionada ao decaimento beta está esclarecida em Conservação da massa e da energia no núcleo atômico.
Já a questão relacionada à fusão de fótons possui dois aspectos a serem esclarecidos. Primeiro, a Eletrodinâmica Quântica prevê que elétrons e pósitrons podem se aniquilar e produzir energia na forma de um fóton, porém não prevê que seja possível dois fótons se aniquilarem. Logo, luz não interage diretamente com luz.
O segundo aspecto está relacionado ao jargão empregado na área. Chamar o processo de “fusão de fótons” pode levar ao entendimento de que fótons se fundem ou aniquilam, o que não é o caso. O processo de fusão de fótons está relacionado à transição quântica onde dois fótons se convertem em outras duas partículas conforme representado no diagrama que segue (retirado da Wikipedia):



o qual foi observado experimentalmente pelas Colaborações ATLAS e CMS pela primeira vez em 2017: Light is seen to scatter off light.
Processos mediados pela fusão de fótons tem sido investigados com o objetivo de testar as predições da Teoria Eletrofraca em altíssimas energias, o que tem sido objeto de estudo nos experimentos do LHC.