ПВЛАС

PVLAS ( Polarizzazione del Vuoto con LASer , «поляризация вакуума с помощью лазера») направлен на проведение проверки квантовой электродинамики и, возможно, обнаружение темной материи на кафедре физики и в Национальном институте ядерной физики в Ферраре , Италия . Он ищет поляризацию вакуума, вызывающую нелинейное оптическое поведение в магнитных полях. Эксперименты начались в 2001 году в лаборатории INFN в Леньяро (Падуя, Италия) и продолжаются сегодня с новым оборудованием.

Фон

Нелинейные электродинамические эффекты в вакууме были предсказаны с самых первых дней квантовой электродинамики (КЭД), через несколько лет после открытия позитронов . Одним из таких эффектов является вакуумное магнитное двупреломление, тесно связанное с упругим взаимодействием света со светом. Эффект чрезвычайно мал и никогда не наблюдался напрямую. Хотя сегодня КЭД является очень хорошо проверенной теорией, важность обнаружения взаимодействия света со светом сохраняется. Во-первых, КЭД всегда проверялась в присутствии заряженных частиц либо в начальном состоянии, либо в конечном состоянии. Не существует никаких тестов в системах только с фотонами. В более общем смысле, никакое взаимодействие никогда не наблюдалось напрямую только с калибровочными бозонами, присутствующими в начальном и конечном состояниях. Во-вторых, на сегодняшний день доказательства нулевых квантовых флуктуаций полностью основаны на наблюдении эффекта Казимира , который применим только к фотонам. PVLAS имеет дело с флуктуациями виртуальных заряженных пар частица-античастица (любой природы, включая гипотетические миллизаряженные частицы ) и, следовательно, со структурой фермионного квантового вакуума: в ведущем порядке это было бы прямым обнаружением петлевых диаграмм. Наконец, наблюдение взаимодействия света со светом было бы свидетельством нарушения принципа суперпозиции и уравнений Максвелла . Одним из важных следствий нелинейности является то, что скорость света будет зависеть от наличия или отсутствия других электромагнитных полей. PVLAS выполняет свой поиск, рассматривая изменения в состоянии поляризации линейно поляризованного лазерного луча после того, как он проходит через вакуум с интенсивным магнитным полем . ^[1] Открытие двойного лучепреломления вакуума в квантовой электродинамике внешним полем обычно приписывается Стивену Л. Адлеру , который в 1971 году представил первый общий вывод в работе «Расщепление фотонов и дисперсия фотонов в сильном магнитном поле». Экспериментальное исследование расщепления фотонов в атомном поле ^[2] проводилось на установке РОКК-1 в институте имени Будкера в 1993-96 годах.

Дизайн

PVLAS использует высокоточный оптический резонатор Фабри-Перо. Первая установка, использовавшаяся до 2005 года, посылала линейно поляризованный лазерный луч через вакуум с магнитным полем 5 Тл от сверхпроводящего магнита к эллипсометру. После модернизации для избежания краевых полей было проведено несколько запусков при 2,3 Тл и 5 Тл, исключая предыдущее заявление об обнаружении аксионов . Было определено, что для потенциала открытия необходима оптимизированная оптическая установка. Прототип с гораздо улучшенной чувствительностью был испытан в 2010 году. ^[3] В 2013 году был установлен модернизированный аппарат в INFN Ferrara с постоянными магнитами и горизонтальным эллипсометром ^[4] , и в 2014 году начался сбор данных.

Результаты

PVLAS исследовал поляризацию вакуума, вызванную внешними магнитными полями. ^[5] Наблюдение вращения поляризации света вакуумом в магнитном поле было опубликовано в 2006 году. ^[6] Данные, полученные с помощью модернизированной установки, исключили предыдущее магнитное вращение в 2008 году ^[7] и установили ограничения на рассеяние фотонов фотонами . ^[8] Улучшенный предел на нелинейные вакуумные эффекты был установлен в 2012 году: ^[9] A _e < 2,9·10 ⁻²¹ T ⁻² @ 95% CL

Смотрите также

Внешние ссылки

Веб-сайт PVLAS - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) – Триест
Эксперимент OSQAR – ЦЕРН
Запись эксперимента PVLAS на INSPIRE-HEP

Ссылки и примечания

^ Эксперимент PVLAS
^ Ахмадалиев, Ш. Ж.; Кезерашвили, Г. Я.; Клименко, С. Г.; Ли, Р. Н.; Малышев, В. М.; Масленников, АЛ; Милов, АМ; Мильштейн, А. И.; Мучной, Н. Ю. (2002-07-19). "Экспериментальное исследование расщепления высокоэнергетических фотонов в атомных полях". Physical Review Letters . 89 (6): 061802. arXiv : hep-ex/0111084 . Bibcode :2002PhRvL..89f1802A. doi :10.1103/PhysRevLett.89.061802. PMID 12190576. S2CID 18759344.
^ Делла Валле, Ф.; Ди Доменико, Дж.; Гастальди, У.; Милотти, Э.; и др. (1 ноября 2010 г.). «На пути к прямому измерению вакуумного магнитного двупреломления: достижения PVLAS». Optics Communications . 283 (21): 4194– 4198. arXiv : 0907.2642 . Bibcode : 2010OptCo.283.4194D. doi : 10.1016/j.optcom.2010.06.065. S2CID 119245837.
^ Делла Валле, Ф.; Ди Доменико, Дж.; Гастальди, У.; Милотти, Э.; и др. (2013). «Новый аппарат PVLAS для обнаружения магнитного двупреломления вакуума». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 718 : 495–496 . Bibcode : 2013NIMPA.718..495D. doi : 10.1016/j.nima.2012.11.084.
^ JC Spooner, Нил; Кудрявцев, Виталий (2001). Идентификация темной материи . World Scientific . стр. 482. ISBN 978-981-02-4602-0.
^ Zavattini, E.; Zavattini, G.; Ruoso, G.; Polacco, E.; et al. (2006). "Экспериментальное наблюдение оптического вращения, генерируемого в вакууме магнитным полем". Physical Review Letters . 96 (11): 110406. arXiv : hep-ex/0507107 . Bibcode : 2006PhRvL..96k0406Z. doi : 10.1103/PhysRevLett.96.110406. PMID 16605804.
^ Zavattini, E.; Zavattini, G.; Ruoso, G.; Raiteri, G.; et al. (2008). "Новые результаты PVLAS и ограничения на магнитно-индуцированное оптическое вращение и эллиптичность в вакууме". Physical Review D. 77 ( 3): 032006. arXiv : 0706.3419 . Bibcode : 2008PhRvD..77c2006Z. doi : 10.1103/PhysRevD.77.032006. S2CID 53474978.
^ Bregant, M.; Cantatore, G.; Carusotto, S.; Cimino, R.; et al. (2008). «Ограничения рассеяния фотонов на фотонах при низкой энергии из эксперимента по магнитному вакуумному двупреломлению». Physical Review D. 78 ( 3): 032006. arXiv : 0805.3036 . Bibcode : 2008PhRvD..78c2006B. doi : 10.1103/PhysRevD.78.032006. S2CID 119311826.
^ ЗАВАТТИНИ, Г.; ГАСТАЛЬДИ, У.; ПЕНГО, Р.; РУОСО, Г.; и др. (20 июня 2012 г.). «Измерение магнитного двойного лучепреломления вакуума: эксперимент Пвласа». Международный журнал современной физики А. 27 (15): 1260017. arXiv : 1201.2309 . Бибкод : 2012IJMPA..2760017Z. дои : 10.1142/S0217751X12600172. S2CID 119248772.

[1] Эксперимент PVLAS

[2] Ахмадалиев, Ш. Ж.; Кезерашвили, Г. Я.; Клименко, С. Г.; Ли, Р. Н.; Малышев, В. М.; Масленников, АЛ; Милов, АМ; Мильштейн, А. И.; Мучной, Н. Ю. (2002-07-19). "Экспериментальное исследование расщепления высокоэнергетических фотонов в атомных полях". Physical Review Letters . 89 (6): 061802. arXiv : hep-ex/0111084 . Bibcode :2002PhRvL..89f1802A. doi :10.1103/PhysRevLett.89.061802. PMID 12190576. S2CID 18759344.

[3] Делла Валле, Ф.; Ди Доменико, Дж.; Гастальди, У.; Милотти, Э.; и др. (1 ноября 2010 г.). «На пути к прямому измерению вакуумного магнитного двупреломления: достижения PVLAS». Optics Communications . 283 (21): 4194– 4198. arXiv : 0907.2642 . Bibcode : 2010OptCo.283.4194D. doi : 10.1016/j.optcom.2010.06.065. S2CID 119245837.

[4] Делла Валле, Ф.; Ди Доменико, Дж.; Гастальди, У.; Милотти, Э.; и др. (2013). «Новый аппарат PVLAS для обнаружения магнитного двупреломления вакуума». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 718 : 495–496 . Bibcode : 2013NIMPA.718..495D. doi : 10.1016/j.nima.2012.11.084.

[5] JC Spooner, Нил; Кудрявцев, Виталий (2001). Идентификация темной материи . World Scientific . стр. 482. ISBN 978-981-02-4602-0.

[6] Zavattini, E.; Zavattini, G.; Ruoso, G.; Polacco, E.; et al. (2006). "Экспериментальное наблюдение оптического вращения, генерируемого в вакууме магнитным полем". Physical Review Letters . 96 (11): 110406. arXiv : hep-ex/0507107 . Bibcode : 2006PhRvL..96k0406Z. doi : 10.1103/PhysRevLett.96.110406. PMID 16605804.

[7] Zavattini, E.; Zavattini, G.; Ruoso, G.; Raiteri, G.; et al. (2008). "Новые результаты PVLAS и ограничения на магнитно-индуцированное оптическое вращение и эллиптичность в вакууме". Physical Review D. 77 ( 3): 032006. arXiv : 0706.3419 . Bibcode : 2008PhRvD..77c2006Z. doi : 10.1103/PhysRevD.77.032006. S2CID 53474978.

[8] Bregant, M.; Cantatore, G.; Carusotto, S.; Cimino, R.; et al. (2008). «Ограничения рассеяния фотонов на фотонах при низкой энергии из эксперимента по магнитному вакуумному двупреломлению». Physical Review D. 78 ( 3): 032006. arXiv : 0805.3036 . Bibcode : 2008PhRvD..78c2006B. doi : 10.1103/PhysRevD.78.032006. S2CID 119311826.

[9] ЗАВАТТИНИ, Г.; ГАСТАЛЬДИ, У.; ПЕНГО, Р.; РУОСО, Г.; и др. (20 июня 2012 г.). «Измерение магнитного двойного лучепреломления вакуума: эксперимент Пвласа». Международный журнал современной физики А. 27 (15): 1260017. arXiv : 1201.2309 . Бибкод : 2012IJMPA..2760017Z. дои : 10.1142/S0217751X12600172. S2CID 119248772.