Ученые НИЯУ МИФИ разработали эксперимент по наблюдению поляризации вакуума

Эксперимент по наблюдению поляризации вакуума аналитически впервые полностью описали сотрудники кафедры теоретической ядерной физики Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review D.

Лазерные установки, отмеченные Нобелевской премией в 2018 году, позволяют учёным проверять предсказания квантовой электродинамики.

В рамках этой теории два фотона могут столкнуться и рассеяться, но не напрямую. Один из фотонов превращается в виртуальную пару частица-античастица (электрон-позитрон), с которой взаимодействует второй фотон. Процесс образования виртуальных частиц в вакууме называется поляризацией вакуума.

Исследователи из разных научных групп хотят провести эксперимент по наблюдению фотон-фотонного рассеяния в трехлучевой схеме.

В вакууме будут сведены три коротких фокусированных сверхмощных лазерных импульса. Ожидается, что в результате появятся фотоны, которые покажут, как эти импульсы поляризовали вакуум.

Это позволит учёным подтвердить существующие теоретические представления или открыть новую физику — например, присутствие аксионоподобных компонент тёмной материи.

Для эксперимента нужна высокая интенсивность лазера. Она уже доступна, но для большей точности лучше использовать новое оборудование, которое строят в России и Китае, — отметил доцент кафедры теоретической ядерной физики Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Александр Федотов.

Раньше параметры эксперимента рассчитывали численно, поэтому их было сложно оптимизировать.

Мы вывели общие формулы для углового распределения, спектра и числа сигнальных фотонов в трёхлучевой схеме. Они зависят от параметров и геометрии сведения импульсов. Также мы исследовали сигнал и дали рекомендации по проведению реального эксперимента, — рассказал Арсений Березин, аспирант кафедры Теоретической ядерной физики института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ.

Учёные предложили новый подход, который позволит делать обобщения и будет использоваться при планировании эксперимента на российской установке XCELS. Эти эксперименты находятся на переднем крае изучения фундаментальных законов физики сверхсильных полей.

Работа выполнена при поддержке Национального центра физики и математики, Российского научного фонда и программы «Приоритет 2030».

Иллюстрация: нейросеть

10.09.2024