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 en Ferrara , Italia . Busca la polarización del vacío que causa un comportamiento óptico no lineal en los campos magnéticos. Los experimentos comenzaron en 2001 en el Laboratorio INFN en Legnaro (Padua, Italia) y continúan hoy en día con nuevos equipos.
Los efectos electrodinámicos no lineales en el vacío se han predicho desde los primeros días de la electrodinámica cuántica (EDQ), unos años después del descubrimiento de los positrones . Uno de estos efectos es la birrefringencia magnética del vacío, estrechamente relacionada con la interacción elástica luz por luz. El efecto es extremadamente pequeño y nunca se ha observado directamente. Aunque hoy en día la EQQ es una teoría muy bien probada, la importancia de detectar la interacción luz por luz sigue siendo importante. En primer lugar, la EQQ 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 directamente con solo bosones de calibre presentes en los estados inicial y final. En segundo lugar, hasta la fecha, la evidencia de 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 cargadas virtuales-antipartículas (de cualquier naturaleza, incluidas las hipotéticas partículas milicargadas ) y, por tanto, de la estructura del vacío cuántico fermiónico: en primer orden, sería una detección directa de diagramas de bucles. Finalmente, la observación de la interacción luz-luz sería una evidencia de la ruptura del principio de superposición y de las ecuaciones de Maxwell . Una consecuencia importante de una 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 haz láser polarizado linealmente después de que pasa a través de un vacío con un campo magnético intenso . [1] La birrefringencia del vacío en la electrodinámica cuántica por un campo externo generalmente se 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. La investigación experimental de la división de fotones en el campo atómico [2] se llevó a cabo en la instalación ROKK-1 en el instituto Budker en 1993-96.
PVLAS utiliza una cavidad óptica Fabry-Perot de alta precisión. La primera configuración, utilizada hasta 2005, enviaba un haz de láser polarizado linealmente a través del vacío con un campo magnético de 5 T desde un imán superconductor hasta un elipsómetro. Después de las actualizaciones para evitar campos marginales, se realizaron varias ejecuciones a 2,3 T y 5 T, excluyendo una afirmación 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 mejorado en el INFN Ferrara con imanes permanentes y un elipsómetro horizontal [4] y comenzó a tomar datos en 2014.
PVLAS investigó la polarización del 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 para la dispersión fotón-fotón . [8] En 2012 se estableció un límite mejorado para los efectos no lineales del vacío: [9] A e < 2,9·10 −21 T −2 @ 95% CL