Lagrangiano de Euler-Heisenberg

Acción eficaz de la electrodinámica cuántica

En física, el lagrangiano de Euler-Heisenberg describe la dinámica no lineal de los campos electromagnéticos en el vacío . Fue obtenido por primera vez por Werner Heisenberg y Hans Heinrich Euler ^[1] en 1936. Al tratar el vacío como un medio, predice las tasas de los procesos de interacción de la luz en la electrodinámica cuántica (EDQ) . ^{[ Aclaración necesaria ]}

Física

Tiene en cuenta la polarización del vacío en un bucle y es válido para campos electromagnéticos que cambian lentamente en comparación con la masa inversa del electrón.

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

Aquí m es la masa del electrón, e la carga del electrón, , y . ${\displaystyle {\mathcal {F}}={\frac {1}{2}}\left(\mathbf {B} ^{2}-\mathbf {E} ^{2}\right)}$ ${\displaystyle {\mathcal {G}}=\mathbf {E} \cdot \mathbf {B} }$

En el límite del campo débil, esto se convierte en

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

Describe la dispersión fotón-fotón en QED; Robert Karplus y Maurice Neuman calcularon la amplitud completa, ^[2] que es muy pequeña.

Experimentos

La dispersión de rayos gamma por Delbrück fue observada en 1953 por Robert Wilson. ^{[3] La división} de fotones en campos magnéticos fuertes se midió en 2002. ^[4] La dispersión luz por luz se puede estudiar utilizando los fuertes campos electromagnéticos de los hadrones que colisionan en el LHC, ^{[5] [6]} y su observación fue informada por la Colaboración ATLAS en 2019. ^[7]

PVLAS está buscando la polarización del vacío de los rayos láser que atraviesan campos magnéticos para detectar los efectos de la materia oscura axónica . No se ha encontrado ninguna señal y las búsquedas continúan. OSQAR en el CERN también está estudiando la birrefringencia del vacío .

En 2016, un equipo de astrónomos de Italia, Polonia y el Reino Unido informaron ^{[8] [9]} de observaciones de la luz emitida por una estrella de neutrones ( púlsar RX J1856.5−3754 ). La estrella está rodeada por un campo magnético muy fuerte (10 ¹³  G), y se espera birrefringencia a partir de la polarización del vacío descrita por el lagrangiano de Euler-Heisenberg. Se midió un grado de polarización de aproximadamente el 16% y se afirmó que era "lo suficientemente grande como para respaldar la presencia de birrefringencia del vacío, como se predijo mediante QED". Fan et al. señalaron que sus resultados son inciertos debido a la baja precisión del modelo estelar y la dirección del eje de magnetización de neutrones. ^[10]

En julio de 2021, el experimento STAR del Colisionador de Iones Pesados ​​Relativistas informó de la primera observación conocida de birrefringencia en el vacío ; también se estudió el proceso Breit-Wheeler , aunque solo se informó de evidencias. ^{[11] [12] [13]}

En mayo de 2022, el primer estudio de IXPE insinuó la posibilidad de birrefringencia de vacío en 4U 0142+61 . ^{[14] [15]}

Véase también

• Birrefringencia
• Dicroísmo circular
• Efecto magnético quiral
• Límite de Schwinger
• Efecto Schwinger
• Potencial de Uehling
• Polarización eléctrica
• Efecto Kerr

Referencias

1. Heisenberg, W.; Euler, H. (1936). "Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons". Zeitschrift für Physik (en alemán). 98 (11–12): 714–732. Código bibliográfico : 1936ZPhy...98..714H. doi :10.1007/bf01343663. ISSN  1434-6001.
2. Karplus, Robert; Neuman, Maurice (15 de agosto de 1951). "La dispersión de la luz por la luz". Physical Review . 83 (4): 776–784. Bibcode :1951PhRv...83..776K. doi :10.1103/physrev.83.776. ISSN  0031-899X.
3. Akhmadaliev, Sh. Zh.; Kezerashvili, G. Ya.; Klimenko, SG; Malyshev, VM; Maslennikov, AL; et al. (1 de noviembre de 1998). "Delbrück se dispersa a energías de 140 a 450 MeV". Revisión Física C. 58 (5): 2844–2850. arXiv : hep-ex/9806037 . Código bibliográfico : 1998PhRvC..58.2844A. doi : 10.1103/physrevc.58.2844. ISSN  0556-2813. S2CID  118059928.
4. Akhmadaliev, Sh. Zh.; Kezerashvili, G. Ya.; Klimenko, SG; Lee, RN; Malyshev, VM; et al. (19 de julio de 2002). "Investigación experimental de la división de fotones de alta energía en campos atómicos". Physical Review Letters . 89 (6): 061802. arXiv : hep-ex/0111084 . Código Bibliográfico :2002PhRvL..89f1802A. doi :10.1103/physrevlett.89.061802. ISSN  0031-9007. PMID  12190576. S2CID  18759344.
5. d'Enterria, David; da Silveira, Gustavo G. (22 de agosto de 2013). "Observación de la dispersión luz por luz en el Gran Colisionador de Hadrones". Physical Review Letters . 111 (8). American Physical Society (APS): 080405. arXiv : 1305.7142 . Bibcode :2013PhRvL.111h0405D. doi :10.1103/physrevlett.111.080405. ISSN  0031-9007. PMID  24010419. S2CID  43797550.
6. Michael Schirber (22 de agosto de 2013). "Sinopsis: Enfoque en la dispersión fotón-fotón". Physical Review Letters . 111 (8): 080405. arXiv : 1305.7142 . Código Bibliográfico :2013PhRvL.111h0405D. doi :10.1103/PhysRevLett.111.080405. PMID  24010419. S2CID  43797550.
7. "ATLAS observa la dispersión de la luz". 17-03-2019.
8. Mignani, RP; Testa, V.; González Caniulef, D.; Taverna, R.; Turolla, R.; Zane, S.; Wu, K. (2016-11-02). "Evidencia de birrefringencia en el vacío a partir de la primera medición de polarimetría óptica de la estrella de neutrones aislada 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. "Los astrónomos informan de la primera evidencia observacional de birrefringencia en el vacío | Astronomía | Sci-News.com". Últimas noticias científicas | Sci-News.com . Consultado el 10 de octubre de 2021 .
10. Fan, Xing; Kamioka, Shusei; Inada, Toshiaki; Yamazaki, Takayuki; Namba, Toshio; et al. (2017). "El experimento OVAL: un nuevo experimento para medir la birrefringencia magnética del vacío utilizando imanes pulsados ​​de alta repetición". 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. Colaboración STAR (27 de julio de 2021). "Medición de distribuciones angulares y de momento e+e− a partir de colisiones de fotones polarizadas linealmente". Physical Review Letters . 127 (5): 052302. arXiv : 1910.12400 . Código Bibliográfico :2021PhRvL.127e2302A. doi :10.1103/PhysRevLett.127.052302. PMID  34397228. S2CID  236906272.
12. "Las colisiones de luz producen materia/antimateria a partir de energía pura". Laboratorio Nacional de Brookhaven . Consultado el 10 de octubre de 2021 .
13. "Se han observado fotones en colisión que forman materia. Pero, ¿son los fotones 'reales'?". Noticias de ciencia . 2021-08-09 . Consultado el 2021-09-02 .
14. Taberna, Roberto; Turola, Roberto; Muleri, Fabio; Hola, Jeremy; Zane, Silvia; Baldini, Luca; Caniulef, Denis González; Bachetti, Mateo; Rankin, Juan; Caiazzo, Ilaria; Di Lalla, Niccolò; Doroshenko, Víctor; Errante, Manel; Gau, Efraín; Kırmızıbayrak, Demet (18 de mayo de 2022). "Rayos X polarizados de un magnetar". Ciencia . 378 (6620): 646–650. arXiv : 2205.08898 . Código Bib : 2022 Ciencia... 378..646T. doi : 10.1126/ciencia.add0080. Número de modelo: PMID  36356124. Número de modelo: S2CID  248863030.
15. "La polarización de rayos X investiga la física extrema". CERN Courier . 2022-06-30 . Consultado el 2022-08-15 .