В НИЯУ МИФИ разработали эксперимент по наблюдению поляризации вакуума

Сотрудники кафедры Теоретической ядерной физики Института лазерных и плазменных технологий (ЛаПлаз) НИЯУ МИФИ впервые создали полное аналитическое описание эксперимента по наблюдению поляризации вакуума. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Physical Review D. Работа выполнена при поддержке Национального центра физики и математики, Российского научного фонда и программы «Приоритет 2030».

Поляризацию вакуума можно обнаружить при столкновении лазерных лучей

Рост мощности сверхмощных лазерных установок, отмеченный Нобелевской премией 2018 года, позволяет ученым использовать их для экспериментальной проверки фундаментальных предсказаний квантовой электродинамики.

В рамках квантовой электродинамики два фотона могут столкнуться друг с другом и рассеяться. Но этот процесс идет не напрямую — кванты света незаряжены и не могут взаимодействовать друг с другом. Вместо этого один из фотонов превращается в виртуальную пару частица-античастица (электрон-позитрон) из одного фотона, с которой и взаимодействует второй фотон. Процесс образования виртуальных частиц и античастиц в вакууме называется поляризацией вакуума.

Перед исследователями из разных научных групп в последнее время встал вопрос о проведении эксперимента по наблюдению фотон-фотонного рассеяния в трехлучевой схеме. Предполагается, что при сведении трех коротких фокусированных сверхмощных лазерных импульсов в вакууме будут обнаружены фотоны, сигнализирующие о поляризации вакуума этими импульсами.

«Сравнение свойств сигнальных фотонов с расчетными позволило бы ученым либо подтвердить существующие теоретические представления, либо указать на новую физику, например, на присутствие аксионоподобных компонент темной материи», - рассказал доцент кафедры теоретической ядерной физики Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Александр Федотов.

Он отметил, что необходимая для проведения такого эксперимента лазерная интенсивность в принципе уже доступна, однако для повышения точности лучше использовать установки нового поколения, которые сегодня строятся в России (XCELS) и в Китае (Station of Extreme Light).

«Ранее параметры эксперимента считались численно, что не позволяло их существенно оптимизировать. Мы в своей работе вывели общие приближенные формулы для углового распределения, спектра и числа сигнальных фотонов в трехлучевой схеме, в зависимости от параметров и геометрии сведения импульсов. Мы также провели параметрическое исследование сигнала, а также сформулировали рекомендации по проведению реального эксперимента», - сообщил аспирант кафедры Теоретической ядерной физики института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Арсений Березин.

По словам ученых, предложенный ими подход позволяет делать многочисленные обобщения и будет применяться для планирования эксперимента на российской установке XCELS. Подобные эксперименты находятся на передовых рубежах исследования фундаментальных законов физики сверхсильных полей.