Лагранжиан Эйлера–Гейзенберга

Эффективное действие квантовой электродинамики

В физике лагранжиан Эйлера–Гейзенберга описывает нелинейную динамику электромагнитных полей в вакууме . Впервые он был получен Вернером Гейзенбергом и Гансом Генрихом Эйлером ^[1] в 1936 году. Рассматривая вакуум как среду, он предсказывает скорости процессов взаимодействия света в квантовой электродинамике (КЭД) . ^{[ необходимо разъяснение ]}

Физика

Он учитывает поляризацию вакуума в одном контуре и справедлив для электромагнитных полей, которые изменяются медленно по сравнению с обратной массой электрона,

${\displaystyle {\mathcal {L}}=-{\mathcal {F}}-{\frac {1}{8\pi ^{2}}}\int _{0}^{\infty }\exp \left(-m^{2}s\right)\left[(es)^{2}{\frac {\operatorname {Re} \cosh \left(es{\sqrt {2\left({\mathcal {F}}+i{\mathcal {G}}\right)}}\right)}{\operatorname {Im} \cosh \left(es{\sqrt {2\left({\mathcal {F}}+i{\mathcal {G}}\right)}}\right)}}{\mathcal {G}}-{\frac {2}{3}}(es)^{2}{\mathcal {F}}-1\right]{\frac {ds}{s^{3}}}.}$

Здесь m — масса электрона, e — заряд электрона, , и . ${\displaystyle {\mathcal {F}}={\frac {1}{2}}\left(\mathbf {B} ^{2}-\mathbf {E} ^{2}\right)}$ ${\displaystyle {\mathcal {G}}=\mathbf {E} \cdot \mathbf {B} }$

В пределе слабого поля это становится

${\displaystyle {\mathcal {L}}={\frac {1}{2}}\left(\mathbf {E} ^{2}-\mathbf {B} ^{2}\right)+{\frac {2\alpha ^{2}}{45m^{4}}}\left[\left(\mathbf {E} ^{2}-\mathbf {B} ^{2}\right)^{2}+7\left(\mathbf {E} \cdot \mathbf {B} \right)^{2}\right].}$

Он описывает рассеяние фотонов в квантовой электродинамике; Роберт Карплюс и Морис Нойман вычислили полную амплитуду ^[2] , которая очень мала.

Эксперименты

Рассеяние Дельбрюка гамма -лучей было обнаружено в 1953 году Робертом Уилсоном. ^{[3] Расщепление} фотонов в сильных магнитных полях было измерено в 2002 году. ^[4] Рассеяние света светом можно изучать с использованием сильных электромагнитных полей адронов, сталкивающихся на LHC, ^{[5] [6]} , и о его наблюдении сообщила коллаборация ATLAS в 2019 году. ^[7]

PVLAS ищет вакуумную поляризацию лазерных лучей, пересекающих магнитные поля, чтобы обнаружить эффекты от аксионной темной материи . Сигнал не был найден, и поиски продолжаются. OSQAR в CERN также изучает вакуумное двупреломление .

В 2016 году группа астрономов из Италии, Польши и Великобритании сообщила ^{[8] [9]} о наблюдениях света, испускаемого нейтронной звездой ( пульсар RX J1856.5−3754 ). Звезда окружена очень сильным магнитным полем (10 ¹³  Гс), и двупреломление ожидается от поляризации вакуума, описанной лагранжианом Эйлера–Гейзенберга. Была измерена степень поляризации около 16%, и было заявлено, что она «достаточно велика, чтобы подтвердить наличие двупреломления вакуума, как предсказывает КЭД». Фан и др. указали, что их результаты являются неопределенными из-за низкой точности модели звезды и направления оси намагниченности нейтрона. ^[10]

В июле 2021 года было сообщено о первом известном наблюдении вакуумного двойного лучепреломления в эксперименте STAR на релятивистском коллайдере тяжелых ионов , также был изучен процесс Брейта-Уиллера, хотя сообщалось только о доказательствах. ^{[11] [12] [13]}

В мае 2022 года первое исследование IXPE намекнуло на возможность вакуумного двойного лучепреломления на 4U 0142+61 . ^{[14] [15]}

Смотрите также

• Двойное лучепреломление
• Круговой дихроизм
• Хиральный магнитный эффект
• предел Швингера
• эффект Швингера
• потенциал Юлинга
• Электрическая поляризация
• эффект Керра

Ссылки

1. Гейзенберг, В.; Эйлер, Х. (1936). «Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons». Zeitschrift für Physik (на немецком языке). 98 (11–12): 714–732. Бибкод : 1936ZPhy...98..714H. дои : 10.1007/bf01343663. ISSN  1434-6001.
2. Карплус, Роберт; Нойман, Морис (1951-08-15). «Рассеяние света светом». Physical Review . 83 (4): 776–784. Bibcode : 1951PhRv...83..776K. doi : 10.1103/physrev.83.776. ISSN  0031-899X.
3. Ахмадалиев, Ш. Ж.; Кезерашвили Г. Я.; Клименко С.Г.; Малышев В.М.; Масленников А.Л.; и др. (1 ноября 1998 г.). «Дельбрюковское рассеяние при энергиях 140–450 МэВ». Физический обзор C . 58 (5): 2844–2850. arXiv : hep-ex/9806037 . Бибкод : 1998PhRvC..58.2844A. doi : 10.1103/physrevc.58.2844. ISSN  0556-2813. S2CID  118059928.
4. Ахмадалиев, Ш. Ж.; Кезерашвили, Г. Я.; Клименко, С. Г.; Ли, Р. Н.; Малышев, В. М.; и др. (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. ISSN  0031-9007. PMID  12190576. S2CID  18759344.
5. d'Enterria, David; da Silveira, Gustavo G. (22 августа 2013 г.). «Наблюдение рассеяния света светом на Большом адронном коллайдере». Physical Review Letters . 111 (8). Американское физическое общество (APS): 080405. arXiv : 1305.7142 . Bibcode : 2013PhRvL.111h0405D. doi : 10.1103/physrevlett.111.080405. ISSN  0031-9007. PMID  24010419. S2CID  43797550.
6. Майкл Ширбер (22 августа 2013 г.). «Синопсис: В центре внимания рассеяние фотонов». Physical Review Letters . 111 (8): 080405. arXiv : 1305.7142 . Bibcode : 2013PhRvL.111h0405D. doi : 10.1103/PhysRevLett.111.080405. PMID  24010419. S2CID  43797550.
7. "ATLAS наблюдает рассеяние света". 2019-03-17.
8. Mignani, RP; Testa, V.; González Caniulef, D.; Taverna, R.; Turolla, R.; Zane, S.; Wu, K. (2016-11-02). «Доказательства вакуумного двойного лучепреломления из первого оптического поляриметрического измерения изолированной нейтронной звезды RX J1856.5−3754». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 465 (1): 492–500. arXiv : 1610.08323 . doi : 10.1093/mnras/stw2798 . ISSN  0035-8711.
9. "Астрономы сообщают о первом наблюдательном доказательстве двойного лучепреломления в вакууме | Астрономия | Sci-News.com". Последние научные новости | Sci-News.com . Получено 10.10.2021 .
10. Фань, Син; Камиока, Шусей; Инада, Тошиаки; Ямазаки, Такаюки; Намба, Тошио; и др. (2017). «Эксперимент OVAL: новый эксперимент по измерению вакуумного магнитного двупреломления с использованием высокоповторяющихся импульсных магнитов». The European Physical Journal D . 71 (11): 308. arXiv : 1705.00495 . Bibcode :2017EPJD...71..308F. doi :10.1140/epjd/e2017-80290-7. ISSN  1434-6060. S2CID  119476135.
11. STAR Collaboration (2021-07-27). "Измерение импульса e+e− и угловых распределений из линейно поляризованных столкновений фотонов". Physical Review Letters . 127 (5): 052302. arXiv : 1910.12400 . Bibcode : 2021PhRvL.127e2302A. doi : 10.1103/PhysRevLett.127.052302. PMID  34397228. S2CID  236906272.
12. "Столкновения света производят материю/антиматерию из чистой энергии". Брукхейвенская национальная лаборатория . Получено 10 октября 2021 г.
13. «Было обнаружено, что сталкивающиеся фотоны создают материю. Но являются ли фотоны «реальными»?». Science News . 2021-08-09 . Получено 2021-09-02 .
14. Таверна, Роберто; Туролла, Роберто; Мулери, Фабио; Привет, Джереми; Зейн, Сильвия; Бальдини, Лука; Канюлеф, Денис Гонсалес; Бачетти, Маттео; Рэнкин, Джон; Кайаццо, Илария; Ди Лалла, Никколо; Дорошенко Виктор; Эррандо, Манель; Гау, Ефрем; Кырмызыбайрак, Демет (18 мая 2022 г.). «Поляризованное рентгеновское излучение магнетара». Наука . 378 (6620): 646–650. arXiv : 2205.08898 . Бибкод : 2022Sci...378..646T. doi : 10.1126/science.add0080. PMID  36356124. S2CID  248863030.
15. "Рентгеновская поляризация исследует экстремальную физику". CERN Courier . 2022-06-30 . Получено 2022-08-15 .