Os fótons colidem e interagem de uma maneira análoga
às demais partículas. É isso que, afinal, justifica
a classificação dos fótons como partículas.
Apesar de sofrerem forças do tipo previsto pelo eletromagnetismo
clássico, os fótons participam da interação
eletromagnética (sendo os mediadores dessa interação).
Na realidade, a interação eletromagnética ocorre
como resultado da troca de fótons. Eis aí o que aprendemos
nos últimos anos sobre as interações eletromagnéticas.
Imagine uma interação eletromagnética qualquer
como, por exemplo, o afastamento de partículas portando cargas
de sinais opostos. Ela ocorre, a interação entre as
duas cargas, mediante a troca de fótons.
A interação eletromagnética se dá, basicamente,
em duas etapas. Consideremos a interação entre dois
prótons. Na primeira etapa uma partícula (um dos prótons),
portanto uma carga positiva, produz um fóton (começou
o processo de interação). Ao produzir esse fóton
a partícula muda de direção (uma vez que o
fóton carrega uma parte da quantidade de movimento do próton).
Na segunda etapa, o outro próton absorve esse fóton,
com o impacto ele também muda de direção. O
resultado é aquele da figura abaixo.
Hoje em dia imaginamos todas as interações fundamentais
como resultante da troca de partículas elementares. Isto
faz com que haja sempre um agente (no caso do eletromagnetismo,
o fóton) mediador da interação. Os agentes
mediadores são sempre partículas elementares. Assim,
as partículas que interagem entre si nunca se tocam. A ação
se dá à distância. Às partículas
que fazem essa intermediação damos o nome de bosons
intermediários.
A colisão entre um fóton e outras partículas
ocorre com muita freqüência no nosso mundo físico.
Para essas colisões valem as mesmas regras das colisões
usuais, no sentido da conservação da energia e da
quantidade do movimento.
Dependendo da energia do fóton e do sistema com o qual ele
colide, podemos ter um número muito grande de possibilidades.
Uma possibilidade é o fóton (ou os fótons)
ser absorvido no processo de colisão. Nesse caso, sua energia
e quantidade de movimento são integralmente transferidas
para a outra partícula. Eventualmente, essa partícula
pode emitir (posteriormente) outro fóton. Esse posteriormente
significa um intervalo de tempo muito curto. Nesse caso dizemos
que houve uma colisão elástica.
Se o fóton tiver uma energia muito alta, outra série
de coisas pode acontecer. Por exemplo, se o fóton tiver uma
energia maior do que duas vezes a energia de repouso do elétron
( ) o fóton pode desaparecer e produzir duas partículas
(o elétron e a sua antipartícula, o pósitron).
A esse processo damos o nome de produção de pares.
Se sua energia for extremamente alta, ele pode arrebentar um próton
em vários pedaços, produzindo uma gama muito grande
de partículas.
O método, de quebrar o próton em pedaços, se
transformou nos últimos anos no melhor método de investigação
da estrutura da matéria. A idéia é a seguinte:
aceleramos prótons a energias muito altas (produzimos um
feixe de prótons) e fazemos essas partículas colidirem
com outros prótons. O ideal é termos um outro feixe
vindo na "contramão" (isto é, na direção
oposta).
