Am 13. Januar 2025 gaben Wissenschaftler am CERN eine bahnbrechende Entdeckung zur Licht-zu-Licht-Streuung bekannt, einem Phänomen, das von der Quantenphysik vorhergesagt wurde. Diese Forschung hat erhebliche Auswirkungen auf unser Verständnis der Elektromagnetismus und die Suche nach neuen Teilchen.
Typischerweise passieren Photonen, wenn zwei Lichtstrahlen sich kreuzen, einfach einander, ohne zu interagieren. Unter bestimmten Bedingungen können Photonen jedoch interagieren und vorübergehend geladene Teilchen erzeugen, die wieder in Photonen annihilieren. Dieses seltene Ereignis, bekannt als Licht-zu-Licht-Streuung, wurde von Pionieren wie Enrico Fermi und Richard Feynman theoretisiert und ist entscheidend, um die Quantenelektrodynamik (QED) zu testen.
Die CMS-Kollaboration am Large Hadron Collider (LHC) hat erfolgreich 26 Fälle von Licht-zu-Licht-Streuung in Blei-Blei-Kollisionen isoliert, was die erwarteten Hintergrundereignisse weit übersteigt. Diese Beobachtung mit einer statistischen Signifikanz von fünf Standardabweichungen bestätigt, dass solche Interaktionen in Beschleunigern auftreten können und verstärkt die Gültigkeit des Standardmodells der Teilchenphysik.
Abgesehen von der Validierung bestehender Theorien eröffnen diese Ergebnisse neue Möglichkeiten zur Erforschung neuer Teilchen, die hauptsächlich mit Photonen interagieren, wie axionähnliche Teilchen (ALPs). Die CMS-Ergebnisse liefern Einschränkungen hinsichtlich der Masse und Kopplung dieser hypothetischen Teilchen und könnten zukünftige Suchen in der Teilchenphysik leiten.
Während der LHC weiterhin mehr Daten generiert, werden Verbesserungen am CMS-Detektor, einschließlich eines neuen hochgranularen Kalorimeters, tiefere Untersuchungen der Licht-zu-Licht-Streuung und ihrer Implikationen für die theoretische und experimentelle Physik erleichtern.