PVLAS ( Polarizzazione del Vuoto con LASer , "polarización del vacío con láser") tiene como objetivo realizar una prueba de electrodinámica cuántica y posiblemente detectar materia oscura en el Departamento de Física y el Instituto Nacional de Física Nuclear de Ferrara , Italia . Busca polarización de vacío que cause un comportamiento óptico no lineal en campos magnéticos. Los experimentos comenzaron en 2001 en el Laboratorio INFN en Legnaro (Padua, Italia) y continúan hoy con nuevos equipos.
Fondo
Los efectos electrodinámicos no lineales en el vacío se han predicho desde los primeros días de la electrodinámica cuántica (QED), unos años después del descubrimiento de los positrones . Uno de esos efectos es la birrefringencia magnética de vacío, estrechamente relacionada con la interacción elástica luz por luz. El efecto es extremadamente pequeño y todavía no se ha observado directamente. Aunque hoy en día la QED es una teoría muy probada, la importancia de detectar la interacción luz a luz permanece. Primero, la QED siempre se ha probado en presencia de partículas cargadas, ya sea en el estado inicial o en el estado final. No existen pruebas en sistemas con solo fotones. De manera más general, nunca se ha observado interacción directa con solo bosones gauge presentes en los estados inicial y final. En segundo lugar, hasta la fecha, la evidencia de las fluctuaciones cuánticas de punto cero se basa completamente en la observación del efecto Casimir , que se aplica solo a los fotones. PVLAS se ocupa de las fluctuaciones de pares de partículas y antipartículas cargadas virtuales (de cualquier naturaleza, incluidas las partículas milicargadas hipotéticas ) y, por lo tanto, la estructura del vacío cuántico fermiónico: en el orden principal, sería una detección directa de diagramas de bucle. Finalmente, la observación de la interacción luz por luz sería una evidencia de la ruptura del principio de superposición y de las ecuaciones de Maxwell . Una consecuencia importante de la no linealidad es que la velocidad de la luz dependería de la presencia o no de otros campos electromagnéticos. PVLAS lleva a cabo su búsqueda observando los cambios en el estado de polarización de un rayo láser polarizado linealmente después de que atraviesa un vacío con un campo magnético intenso . [1] La birrefringencia del vacío en la electrodinámica cuántica por un campo externo generalmente se le atribuye a Stephen L. Adler , quien presentó la primera derivación general en la división de fotones y la dispersión de fotones en un campo magnético fuerte en 1971. Investigación experimental de la división de fotones en campo atómico [2] se llevó a cabo en las instalaciones de ROKK-1 en el instituto Budker en 1993-96.
Diseño
PVLAS utiliza una cavidad óptica Fabry-Perot de alta delicadeza. La primera configuración, utilizada hasta 2005, envió un rayo láser polarizado linealmente a través del vacío con un campo magnético de 5T desde un imán superconductor a un elipsómetro. Después de las actualizaciones para evitar los campos marginales, se realizaron varias carreras a 2.3T y 5T, excluyendo un reclamo anterior de detección de axiones . Se determinó que se necesitaba una configuración óptica optimizada para el potencial de descubrimiento. En 2010 se probó un prototipo con una sensibilidad muy mejorada [3]. En 2013, se instaló el aparato actualizado en INFN Ferrara con imanes permanentes y elipsómetro horizontal [4] y comenzó a tomar datos en 2014
Resultados
PVLAS investigó la polarización al vacío inducida por campos magnéticos externos. [5] En 2006 se publicó una observación de la rotación de la polarización de la luz por el vacío en un campo magnético. [6] Los datos tomados con una configuración mejorada excluyeron la rotación magnética anterior en 2008 [7] y establecieron límites en la dispersión fotón-fotón . [8] En 2012 se estableció un límite mejorado en los efectos del vacío no lineal: [9] A e <2.9 · 10 −21 T −2 @ 95% CL
Ver también
enlaces externos
- Sitio web de PVLAS - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) - Trieste
- Experimento OSQAR - CERN
Referencias y notas
- ^ El experimento PVLAS
- ↑ Akhmadaliev, Sh. Z h.; Kezerashvili, G. Ya .; Klimenko, SG; Lee, RN; Malyshev, VM; Maslennikov, AL; Milov, AM; Milstein, AI; Muchnoi, N. Yu. (19 de julio de 2002). "Investigación experimental de la división de fotones de alta energía en campos atómicos". Cartas de revisión física . 89 (6): 061802. arXiv : hep-ex / 0111084 . Código Bibliográfico : 2002PhRvL..89f1802A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.89.061802 . PMID 12190576 . S2CID 18759344 .
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- ^ Della Valle, F .; Di Domenico, G .; Gastaldi, U .; Milotti, E .; et al. (2013). "El nuevo aparato PVLAS para la detección de birrefringencia magnética de vacío". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación de la física Sección A: Aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 718 : 495–496. Código Bibliográfico : 2013NIMPA.718..495D . doi : 10.1016 / j.nima.2012.11.084 .
- ^ JC Spooner, Neil; Kudryavtsev, Vitaly (2001). La identificación de la materia oscura . World Scientific . pag. 482. ISBN 978-981-02-4602-0.
- ^ Zavattini, E .; Zavattini, G .; Ruoso, G .; Polacco, E .; et al. (2006). "Observación experimental de la rotación óptica generada en vacío por un campo magnético". Cartas de revisión física . 96 (11): 110406. arXiv : hep-ex / 0507107 . Código Bibliográfico : 2006PhRvL..96k0406Z . doi : 10.1103 / PhysRevLett.96.110406 . PMID 16605804 .
- ^ Zavattini, E .; Zavattini, G .; Ruoso, G .; Raiteri, G .; et al. (2008). "Nuevos resultados de PVLAS y límites en la rotación óptica inducida magnéticamente y la elipticidad en el vacío". Physical Review D . 77 (3): 032006. arXiv : 0706.3419 . Código Bibliográfico : 2008PhRvD..77c2006Z . doi : 10.1103 / PhysRevD.77.032006 . S2CID 53474978 .
- ^ Bregant, M .; Cantatore, G .; Carusotto, S .; Cimino, R .; et al. (2008). "Límites de la dispersión de fotón-fotón de baja energía de un experimento sobre birrefringencia magnética de vacío". Physical Review D . 78 (3): 032006. arXiv : 0805.3036 . Código Bibliográfico : 2008PhRvD..78c2006B . doi : 10.1103 / PhysRevD.78.032006 . S2CID 119311826 .
- ^ ZAVATTINI, G .; GASTALDI, U .; PENGO, R .; RUOSO, G .; et al. (20 de junio de 2012). "Medición de la birrefringencia magnética del vacío: el experimento de Pvlas". International Journal of Modern Physics A . 27 (15): 1260017. arXiv : 1201.2309 . Código bibliográfico : 2012IJMPA..2760017Z . doi : 10.1142 / S0217751X12600172 . S2CID 119248772 .