Как измерить рассеяние на квантовом вакууме?

Согласно квантовой теории, вакуум не является абсолютной пустотой, а заполнен так называемыми квантовыми флуктуациями, которые также могу быть представлены как возникающие на ничтожное мгновение и тут же исчезающие пары частицы и античастицы. Эти пары, называемые виртуальными, проявляются во множестве квантовых явлений, из которых наиболее известны лэмбовский сдвиг и эффект Казимира. В свежей работе, опубликованной в Physical Review Letters, авторы предложили новый метод точного измерения ещё одного эффекта квантового вакуума, известного как рассеяние Дельбрюка.

Фейнмановские диаграммы для рассеяния Дельбрюка
Фейнмановские диаграммы для рассеяния Дельбрюка

Рассеяние Дельбрюка во многом аналогично более известной форме рассеяния, ответственному за цвет нашего неба, — рассеянию Рэлея. Рэлеевское рассеяние возникает из-за взаимодействия фотонов с электронами, входящими в состав рассеивающих частиц. Рассеяние Дельбрюка в свою очередь происходит из-за взаимодействия фотонов с виртуальными электрон-позитронными парами в присутствии кулоновского поля атомного ядра. Впервые обнаруженный в 1970-х годах этот эффект, однако, всё ещё остаётся малоизученным, поскольку его наблюдению всегда мешает одновременное наличие и других типов рассеяния.

В свежей работе предложен способ изолировать эффект Дельбрюка. Ключевым является использование поляризованных гамма-лучей. Согласно расчётам, при соответствующем выборе угла рассеяния, а также поляризации и энергии фотонов рассеяние Дельбрюка может быть на два порядка сильнее, чем другие формы рассеяния. Так, если в качестве рассеивающего материала использовать олово, а в качестве сверхъяркого источника гамма-излучения — строящийся в настоящее время проект ELI-NP (Extreme Light Infrastructure — Nuclear Physics), то достаточно эксперимента длительностью 76 дней, чтобы вдвое увеличить точность, достигнутую в предыдущих экспериментах.

Дельбрюковское рассеяние, кстати, несколько лет назад было преложено использовать для создания эффективной гамма-оптики.


Источник: Synopsis: Scattering from the Quantum Vacuum // Physics

comments powered by Disqus