▲“辐射反应”效应现象的图示说明。
据《物理评论X》杂志2月7日发表的一篇论文称，日前一个由英国伦敦帝国理工学院领导的研究小组首次通过用超强激光碰击电子的实验揭开了超越传统物理学边界的动力学面纱，这意味着量子效应确实可能存在。他们在实验室中首次证实演示了一种名为“辐射反应”的效应现象，该现象被认为是发生在诸如黑洞和类星体（被气体盘包围的超大质量黑洞）等这样天体的周围。
众所周知，当光线照射到物体上时，一部分光会从物体表面散射回来。然而，如果物体运动的速度非常快，且光线非常强烈，就会发生一种不同寻常的现象——电子在与光子碰撞时会被猛烈地震动，震动的强度实际上足以使电子的运动减速，原因是电子在该过程中放射出了非常多的能量。物理学家就把这个过程称之为“辐射反应”。因此，科学家们认为如果能够测量实验室里的“辐射反应”，那么就能由此及彼地洞察该现象在宇宙某些极端环境中发生的过程。
对于那些力图研究超越传统物理学边界的效应现象的物理学家而言，“辐射反应”不失为一个很有趣的研究对象，因为它意味着传统意义上对物体所受作用力进行定义的麦克斯韦方程组在这些极端环境中是不成立的。
研究人员成功地通过让超强激光束与高能电子束相互碰撞来观察这一效应现象，而该激光束的亮度是太阳表面的十的十五次方。这项要求极端精确定位和严格时间控制的实验，是在英国科技设施委员会的中央激光设备上使用”双子星“激光器完成的。
那些从物体反射出的光子在以接近光速的速度运动时，其能量得到了增加。在该实验设置的极端条件下，这一效应将反射的光从光谱的可见部分提升为高能伽马射线，这种效应本身让研究人员知道了他们何时成功地将光子束和电子束相撞到了一起。
来自伦敦帝国理工学院的斯图尔特·曼格尔（Stuart Mangles）博士是该研究论文的资深作者，他说：“当探测到非常明亮的高能伽马射线辐射时，我们就知道我们已成功地让这两束射线碰撞了。而在把探测到伽马射线辐射中的能量与碰撞后电子束中的能量进行比较后，我们便获得了真正的研究成果——我们发现，这些成功的碰撞所具有的电子能量比预期要低，而这也就是“辐射反应”存在的确凿证据。
与传统物理学中的麦克斯韦方程组相比，该实验得出的数据也更符合基于量子电动力学原理的理论模型，而这或为之前尚未被试验过的量子模型提供第一批支持证据。
该研究论文的合著者、瑞典查尔默斯技术大学的马蒂亚斯·马克伦德（Mattias Marklund）教授说：“在查尔默斯技术大学，对理论预测结果进行试验是至关重要的，尤其是那些关于未透彻了解的状态特性的假设。把这些实验与理论相结合起来，将会是我们未来在量子领域进行高强度激光研究的基础。”
尽管如此，该研究小组表示，如果要完全证实该结论，还需要进行更多涉及亮度更高的激光束和能量更高的电子束的实验。他们预计将在今年进行这些实验。
科界原创
编译：朱明逸 审稿： 西莫 编辑：张梦
来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180207140409.htm
