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PVLAS ( Polarizzazione del Vuoto con LASer、「レーザーによる真空の分極」)は、イタリアのフェラーラにある物理学部と 国立原子核物理学研究所で量子電気力学のテストを実施し、暗黒物質を検出することを目的としています。磁場内で非線形光学挙動を引き起こす真空分極を探索します。実験は 2001 年にレニャーロ (イタリアのパドヴァ) のINFN 研究所で開始され、現在も新しい機器を使用して継続されています。
背景
真空中の非線形電気力学効果は、陽電子の発見から数年後の量子電気力学(QED)の黎明期から予測されてきた。そのような効果の 1 つが真空の磁気複屈折であり、弾性的な光同士の相互作用と密接に関連している。この効果は極めて小さく、これまで直接観測されたことはない。今日では QED は非常によくテストされた理論となっているが、光同士の相互作用を検出することの重要性は依然として残っている。第一に、QED は常に、初期状態または最終状態のいずれかに荷電粒子が存在する状態でテストされてきた。光子のみのシステムではテストは行われていない。より一般的には、初期状態と最終状態にゲージボソンのみが存在する状態で直接相互作用が観測されたことはない。第二に、現在まで、ゼロ点量子ゆらぎの証拠は、光子のみに適用されるカシミール効果の観測に完全に依存している。 PVLAS は、仮想の荷電粒子-反粒子対 (仮想のミリ荷電粒子を含むあらゆる性質の) の変動、つまりフェルミオン量子真空の構造を扱います。主要な順序では、ループ図の直接検出になります。最後に、光同士の相互作用の観察は、重ね合わせの原理とマクスウェル方程式の破綻の証拠になります。非線形性の重要な結果の 1 つは、光の速度が他の電磁場の有無に依存することです。PVLAS は、 直線偏光レーザービームが強力な磁場のある真空を通過した後の偏光状態の変化を調べることで探索を実行します。[1]量子電磁力学における外部場による 真空の複屈折は、1971年に強磁場中の光子分裂と光子分散に関する最初の一般的な導出を発表したスティーブン・L・アドラーに一般的に認められています。原子場中の光子分裂の実験的調査[2]は、1993年から1996年にかけてブドカー研究所のROKK-1施設で実施されました。
デザイン
PVLAS は、高精度のファブリ・ペロー光学キャビティを使用しています。2005 年まで使用された最初のセットアップでは、直線偏光レーザービームを 5T の磁場を持つ真空を通して超伝導磁石からエリプソメーターに送りました。フリンジ フィールドを回避するためのアップグレードの後、2.3T と 5T で数回実行され、以前の主張であるアクシオン検出が除外されました。発見の可能性には最適化された光学セットアップが必要であると判断されました。感度が大幅に向上したプロトタイプが 2010 年にテストされました。[3] 2013 年には、永久磁石と水平エリプソメーターを備えた INFN フェラーラのアップグレードされた装置が設置され[4]、2014 年にデータの取得が開始されました。
結果
PVLASは外部磁場によって誘起される真空分極を調査した。[5] 磁場中の真空による光偏光の回転の観測は2006年に発表された。[6] アップグレードされたセットアップで取得されたデータは2008年に以前の磁気回転を排除し[7]、光子間散乱の制限を設定した。[8] 非線形真空効果の改良された制限は2012年に設定された: [9] A e < 2.9·10 −21 T −2 @ 95% CL
参照
外部リンク
- PVLAS ウェブサイト - 国立フィシカ核研究所 (INFN) – トリエステ
- OSQAR 実験 – CERN
- INSPIRE-HEPにおけるPVLAS実験記録
参考文献と注記
- ^ PVLAS実験
- ^ Akhmadaliev, Sh. Zh.; Kezerashvili, G. Ya.; Klimenko, SG; Lee, RN; Malyshev, VM; Maslennikov, AL; Milov, AM; Milstein, AI; Muchnoi, N. Yu. (2002-07-19). 「原子場における高エネルギー光子分裂の実験的研究」. Physical Review Letters . 89 (6): 061802. arXiv : hep-ex/0111084 . Bibcode :2002PhRvL..89f1802A. doi :10.1103/PhysRevLett.89.061802. PMID 12190576. S2CID 18759344.
- ^ Della Valle, F.; Di Domenico, G.; Gastaldi, U.; Milotti, E.; et al. (2010 年 11 月 1 日). 「真空磁気複屈折の直接測定に向けて: PVLAS の成果」. Optics Communications . 283 (21): 4194–4198. arXiv : 0907.2642 . Bibcode :2010OptCo.283.4194D. doi :10.1016/j.optcom.2010.06.065. S2CID 119245837.
- ^ Della Valle, F.; Di Domenico, G.; Gastaldi, U.; Milotti, E.; et al. (2013). 「真空の磁気複屈折を検出する新しい PVLAS 装置」。核物理学研究における計測機器と方法セクション A: 加速器、分光計、検出器および関連機器。718 : 495–496。Bibcode :2013NIMPA.718..495D。doi : 10.1016/j.nima.2012.11.084 。
- ^ JC スプーナー、ニール; クドリャフツェフ、ヴィタリー (2001)。『ダークマターの同定』。ワールドサイエンティフィック。p. 482。ISBN 978-981-02-4602-0。
- ^ Zavattini, E.; Zavattini, G.; Ruoso, G.; Polacco, E.; et al. (2006). 「磁場によって真空中で生成される旋光性の実験的観察」. Physical Review Letters . 96 (11): 110406. arXiv : hep-ex/0507107 . Bibcode :2006PhRvL..96k0406Z. doi :10.1103/PhysRevLett.96.110406. PMID 16605804.
- ^ Zavattini, E.; Zavattini, G.; Ruoso, G.; Raiteri, G.; et al. (2008). 「真空中の磁気誘導旋光度と楕円率に関する新しい PVLAS 結果と限界」Physical Review D . 77 (3): 032006. arXiv : 0706.3419 . Bibcode :2008PhRvD..77c2006Z. doi :10.1103/PhysRevD.77.032006. S2CID 53474978.
- ^ Bregant, M.; Cantatore, G.; Carusotto, S.; Cimino, R.; et al. (2008). 「磁気真空複屈折の実験による低エネルギー光子-光子散乱の限界」Physical Review D . 78 (3): 032006. arXiv : 0805.3036 . Bibcode :2008PhRvD..78c2006B. doi :10.1103/PhysRevD.78.032006. S2CID 119311826.
- ^ ザヴァッティーニ、G.ガスタルディ、米国;ペンゴ、Ｒ．ルオーソ、G.他。 (2012 年 6 月 20 日)。 「真空の磁気複屈折の測定: Pvlas 実験」。現代物理学の国際ジャーナル A。27 (15): 1260017.arXiv : 1201.2309。Bibcode :2012IJMPA..2760017Z。土井：10.1142/S0217751X12600172。S2CID 119248772。