هل يمكن لموجة مكونة من جزء واحد من الضوء أن يعكس جزئ اخر ؟

نعم ، يمكن لقليل من الضوء أن يعكس قليلاً من الضوء ، ولكن ليس بشكل مباشر ، والتأثير نادر جدًا. يتكون الضوء من الأجسام الكمومية الصغيرة المسماة الفوتونات. عندما تقوم بتشغيل مصباح ، فإن المصباح الكهربائي يبدأ في إنشاء وإصدار تريليونات على تريليونات من الفوتونات. الفوتونات في فئة من الجسيمات الكمومية المعروفة باسم البوزونات. Bosons خاصة لأن العديد من البوزونات يمكن أن تشغل نفس الحالة الكمية بالضبط في نفس الوقت. الضوء الذي يصنع من البوزونات هو ما يجعل شعاع الليزر ممكنًا. شعاع الليزر هو مجموعة من الفوتونات الكثيرة في نفس الحالة الكمية. في المقابل ، لا يمكن للجسيمات التي ليست بوزونات أن تحتل نفس الحالة في نفس الوقت. هذا هو أحد الآثار التي تحافظ على الذرات في كائن من الانهيار إلى نقطة واحدة. المبدأ الذي يُملي على أنه لا يمكن أن يكون البوزونات في نفس الحالة يسمى مبدأ استبعاد باولي Pauli Exclusion Principle. البوزونات غير تسمى أيضا الفرميونات. حقيقة أن البوزونات مثل الضوء يمكن أن تشغل نفس الحالة تعني أنها لا تتعامل مع بعضها البعض.

أيضا ، الضوء يتفاعل بشكل كبير مع الأشياء التي لها شحنة كهربائية. وبما أن الضوء نفسه لا يحتوي على شحنة كهربائية ، لا يمكن للفوتون الواحد أن يتفاعل مباشرة مع فوتون آخر. بدلا من ذلك ، فإنها تمر فقط عبر بعضها البعض دون أن تتأثر. ولأنها بوزون ولأنها لا تحمل شحنة كهربائية ، لا يمكن للفوتون الواحد أن يرتد مباشرة من فوتون آخر. إذا أشرت إلى نفاثة ماء باتجاه نفاثة أخرى من الماء ، عند نقطة عبوره ستحصل على فوضى من رش الماء في جميع أنحاء بسبب الاصطدامات. في المقابل ، إذا قمت بتألق شعاع ضوئي واحد بحيث يعبر شعاع ضوء آخر ، فسوف يمر فقط من خلال بعضها البعض غير متأثر.

ومع ذلك ، يمكن أن تصطدم فوتونات اثنين باتجاه بعضها البعض بشكل غير مباشر. هذه العملية تسير هكذا. يمكن للفوتون أن يتدهور تلقائياً إلى جسيم ذي كتلة ومجموعه المضاد في عملية تعرف باسم إنتاج الزوج. في هذه العملية ، يتم تحويل طاقة الفوتون بالكامل إلى كتلة الجسيمتين. على سبيل المثال ، يمكن أن يتحول الفوتون إلى إلكترون ومضادة للإلكترون. إذا كان هناك فوتونان يتجهان نحو بعضهما البعض وهما يتحولان إلى أزواج الإلكترون / المضاد للإلكترون في نفس الوقت تقريبًا ، عندها يمكن أن تتفاعل هذه الجسيمات. سوف يتصادم المضاد الإلكتروني من فوتون واحد مع إلكترون من الفوتون الآخر ، ويعود إلى الضوء. نفس الشيء يحدث للأخرى المضادة للإلكترون والإلكترون. التأثير العام هو أن تحصل على اثنين من الفوتونات الخوض في التفاعل وستحصل على فوتوناتين يخرجان من التفاعل ، لذلك يبدو أن الفوتونات ارتدت بعضها البعض. بمعنى من المعاني ، فإن قطعة واحدة من الضوء ارتدت بالفعل عن الجزء الآخر من الضوء ، ولكن بشكل غير مباشر فقط عن طريق التحول إلى جسيمات أخرى.

يظهر هذا التفاعل في الرسم التخطيطي. تمثل الخطوط المموجة الحمراء الفوتونات ، والخطوط الزرقاء + e المضادة للإلكترونات (البوزيترونات) ، والخطوط الإلكترونية الزرقاء هي إلكترونات. يأتي الفوتون من يسار المخطط ويتحلل إلى إلكترون ومضاد للإلكترون. في نفس الوقت ، يأتي فوتون آخر من اليمين ويتحول إلى إلكترون ومضاد للإلكترون. يصطدم كل مضاد للإلكترون مع إلكترون ، ثم يبيد ويتبدل مرة أخرى إلى فوتون جديد.

وبالتالي ، فإن نثر الفوتون الفوتون ممكن من خلال آلية غير مباشرة ، ولكنه نادر الحدوث. هناك سببان لحدوث ندرة. أولاً ، لا يمكن للضوء أن يتحول إلى جسيمات أخرى إلا إذا كان لديه طاقة كافية لإنتاج الكتلة اللازمة للجسيمات الجديدة ، وفقًا لـ E = mc2. لأن c هو عدد ضخم ، يتطلب كمية كبيرة من الطاقة لجعل كتلة صغيرة. لكي يتحول الفوتون إلى إلكترون ومضاد للإلكترون ، يجب أن يمتلك طاقة على الأقل بنفس الطاقة التي تعادلها كتلها المشتركة. لا تملك إلا أشعة gاما (خطوة واحدة أعلى من الأشعة السينية) طاقة كافية للقيام بذلك. ثانياً ، يجب على الفوتونات أن تتحول في اللحظة المناسبة تماماً لكي تتصادم الجسيمات الجديدة من الفوتونين. لكلا هذين السببين ، نادرًا ما ينتشر الضوء الخفيف. في الواقع ، لم نلاحظ قطعاً تشتت الضوء الخفيف. وقد لوحظت جميع الخطوات في تشتت الضوء الخفيف (إنتاج الزوج وإزالة الزوج) ، حتى نعلم أنه من الممكن. التأثير كله نادر جدا لدرجة أنه لم يلاحظ من قبل. ومع ذلك ، فإن المصادم الهادروني الكبير (LHC) لديه القدرة على إنتاج ضوء عالي الطاقة ، والقدرة على إنشاء الكثير منه ، مما يجعل ندرة تشتت الضوء الخفيف أكثر قابلية للإدارة. إنها مسألة وقت فقط قبل أن يلحظ المصادم LHC الضوء الذي يرتد عن الضوء.