בקטנה: קרני אור חסרות מטען חשמלי. מסיבה זו הן לא מבצעות תגובה אחת עם השנייה, ובפרט, לא מפזרות זו את זו. בכל זאת, ישנו תהליך מאוד נדיר, שנחזה תאורטית לפני כשבעים שנה, שבו קרני אור יכולות לפזר אחת את השנייה. תהליך יוצא דופן זה נמדד לראשונה במאיץ החלקיקים הגדול CERN שבשווייץ.
לאחרונה הצליחו מדעני מאיץ החלקיקים LHC אשר בז׳נבה למדוד מאורע נדיר בטבע: פיזור של חלקיקי אור הנקראים פוטונים, או במילים אחרות - התנגשות בין שני פוטונים! [1]. בתהליך הזה שני פוטונים מתנגשים זה בזה ועקב ההתנגשות מחליפים ביניהם אנרגיה ומשנים את כיוון תנועתם, תוך שימור אנרגיה ותנע. זהו מאורע נדיר ביותר, בעל הסתברות קלושה, אשר קיומו נחזה על ידי התאוריה כבר לפני כשבעים שנים אולם לא נצפה במישרין עד היום.
בניסוי של התנגשויות בין יונים כבדים במאיץ החלקיקים נוצרים פוטונים שעשויים להתנגש זה בזה. כאמור, ההסתברות לתהליך היא קלושה ומבין מיליארדי "מאורעות" שנצפו במאיץ נמצאו רק 13 מאורעות שמיוחסים להתנגשויות בין פוטונים. על התוצאה המעניינת והנדירה דווח בכתב-העת המדעי Nature [2].
לכאורה מדובר בתוצאה בלתי-אפשרית - אם נדליק שני פנסים ונכוון את שתי אלומות האור כך שהן יפגשו, הרי שאלומות האור יחלפו אחת דרך השניה. עושה הרושם שאור איננו מתנגש באור. אם כך, מה פשר התופעה שנצפתה במאיץ החלקיקים? כיצד ייתכן הדבר? התאוריה שמסבירה את התופעה נקראת אלקטרודינמיקה קוונטית. בעבור ניסוח התורה והבנתה ניתן פרס נובל בפיזיקה לפיינמן, שווינגר וטומונאגה בשנת 1965 [3].
בכדי להבין כיצד אור עושה פעולת גומלין עם אור עלינו להבין תחילה תהליך פשוט יותר: כיצד האור עורך פעולת גומלין עם חומר, ובפרט עם אלקטרונים? הבנת תהליך זה הוא פשוט יותר ואינטואיטיבי יותר עבורנו, שכן הראיה שלנו מבוססת על כך שפוטונים פוגעים בעין שלנו ועורכים איתה פעולת גומלין.
התהליך הבסיסי שרלוונטי עבור הדיון נקרא פיזור קומפטון. בתהליך זה שנחקר בשנת 1922 מתנגש פוטון באלקטרון כך שכיוונו של הפוטון, וכן האנרגיה שלו, משתנים עקב כך. אולם כיצד פוטונים יכולים להתנגש בפוטונים? על פי האלקטרודינמיקה הקוונטית, בכל רגע ורגע קיים סיכוי שפוטון יהפך לזוג של אלקטרון ופוזיטרון שאחרי זמן קצר יושמדו ויפלטו חזרה פוטון. אם כך, כאשר פוטון נע במרחב הוא עשוי להיהפך לזמן קצר לזוג אלקטרון-פוזיטרון. באותו הזמן פוטון נוסף עשוי להתנגש באלקטרון, או בפוזיטרון, ולאחר זמן קצר הזוג אלקטרון-פוזיטרון ייעלם ויפלוט את שני הפוטונים. לצופה נראה ששני פוטונים התנגשו זה בזה ועקב כך שינו את כיוון תנועתם ואת האנרגיה שלהם.
ראוי לציין שלא מדובר רק בתיאור איכותי. בעזרת התאוריה, כלומר בעזרת האלקטרודינמיקה הקוונטית, ניתן לחשב חישוב מדוקדק את הסיכוי לקיום המאורע. התוצאה היא שההסתברות היא כאחד למיליארד (ליתר דיוק, בחישוב הגודל הפיזיקלי הרלוונטי הנקרא "חתך פעולה", יש להכפיל באחד חלקי 137 בחזקת 4). יש לציין שבמסגרת הפיזיקה הקלאסית, אור לא מבצע פעולת גומלין עם אור.
תוצאות הניסוי במאיץ החלקיקים CERN מהוות, אם כך, אישוש לאלקטרודינמיקה הקוונטית.