Двулучепреломление и дихроизм вакуума в поле стоячей электромагнитной волны
Российский научный фонд, Проведение инициативных исследований молодыми учеными, 23-72-01068
Александров И.А.
1,2, Чубуков Д.В.
, Ткачев А.Г.
1, Клочай А.И.
11Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
2Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
Email: i.aleksandrov@spbu.ru
Поступила в редакцию: 30 августа 2024 г.
В окончательной редакции: 30 августа 2024 г.
Принята к печати: 16 сентября 2024 г.
Выставление онлайн: 21 ноября 2024 г.
Исследованы вакуумное двулучепреломление и дихроизм в задаче, в которой пробный фотон пересекает сильную стоячую электромагнитную волну, образованную двумя встречными плоскими лазерными пучками. Анализ основан на вычислении поляризационного тензора. Рассматривается как режим относительно низких лазерных частот и энергий фотона, так и область, где энергии имеют порядок энергии покоя электрона. В первом случае, если внешнее поле достаточно слабое, можно получать очень точные предсказания с использованием локальных значений вклада старшего порядка в эффективном лагранжиане Гейзенберга-Эйлера. Однако для рассмотрения режимов высокой энергии и сильного поля необходимо применять другие методы. Здесь использовано приближение локально постоянного поля (locally-constant field approximation, LCFA) и вычислены вещественная и мнимая части поляризационного тензора при изменении направления распространения пробного фотона. Показано, что если ось распространения фотона параллельна оси распространения лазерных пучков, то эффекты полностью определяются встречным пучком, в то время как сопутствующий пучок не влияет на рассматриваемые процессы. Если фотон движется перпендикулярно оси лазерных пучков, то обе плоские волны одинаково значимы. В этом случае в рамках приближения Гейзенберга-Эйлера достаточно умножить соответствующий результат, полученный для одиночного пучка, на 2, тогда как предсказания LCFA менее тривиальны, поскольку они включают нелинейные вклады более высоких порядков. Ключевые слова: вакуумное двулучепреломление, дихроизм, квантовая электродинамика, сильные поля, нелинейные эффекты.
- H. Euler, B. Kockel, Naturwiss., 23, 246 (1935)
- W. Heisenberg, H. Euler, Z. Phys., 98, 714 (1936)
- J. Schwinger, Phys. Rev., 82, 664 (1951). DOI: 10.1103/PhysRev.82.664
- J.S. Toll, Ph.D. thesis, Princeton Univ., 1952
- R. Baier, P. Breitenlohner, Acta Phys. Austriaca, 25, 212 (1967)
- R. Baier, P. Breitenlohner, Nuovo Cimento B, 47, 117 (1967). DOI: 10.1007/BF02712312
- В.Н. Байер, А.И. Мильштейн, В.М. Страховенко, ЖЭТФ, 69, 1893 (1975)
- W. Becker, H. Mitter, J. Phys. A, 8, 1638 (1975). DOI: 10.1088/0305-4470/8/10/017
- Е.Б. Александров, А.А. Ансельм, А.Н. Москалев, ЖЭТФ, 89, 1181 (1985)
- A. Di Piazza, K.Z. Hatsagortsyan, C.H. Keitel, Phys. Rev. Lett., 97, 083603 (2006). DOI: 10.1103/PhysRevLett.97.083603
- T. Heinzl, B. Liesfeld, K.U. Amthor, H. Schwoerer, R. Sauerbrey, A. Wipf, Opt. Commun., 267, 318 (2006). DOI: 10.1016/j.optcom.2006.06.053
- V. Dinu, T. Heinzl, A. Ilderton, M. Marklund, G. Torgrimsson, Phys. Rev. D, 89, 125003 (2014). DOI: 10.1103/PhysRevD.89.125003
- F. Karbstein, E.A. Mosman, Phys. Rev. D, 101, 113002 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevD.101.113002
- F. Karbstein, Annalen Phys., 534, 2100137 (2022). DOI: 10.1002/andp.202100137
- F. Karbstein, H. Gies, M. Reuter, M. Zepf, Phys. Rev. D, 92, 071301(R) (2015). DOI: 10.1103/PhysRevD.92.071301
- H.-P. Schlenvoigt, T. Heinzl, U. Schramm, T.E. Cowan, R. Sauerbrey, Phys. Scr., 91, 023010 (2016). DOI: 10.1088/0031-8949/91/2/023010
- N. Ahmadiniaz, T.E. Cowan, R. Sauerbrey, U. Schramm, H.-P. Schlenvoigt, R. Schutzhold, Phys. Rev. D, 101, 116019 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevD.101.116019
- F. Karbstein, D. Ullmann, E.A. Mosman, M. Zepf, Phys. Rev. Lett., 129, 061802 (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061802
- N. Ahmadiniaz, T. E. Cowan, J. Grenzer, S. Franchino-Vinas, A. Laso Garcia, M. vSmid, T. Toncian, M.A. Trejo, R. Schutzhold, Phys. Rev. D, 108, 076005 (2023). DOI: 10.1103/PhysRevD.108.076005
- F. Karbstein, R. Shaisultanov, Phys. Rev. D, 91, 085027 (2015). DOI: 10.1103/PhysRevD.91.085027
- И.А. Баталин, А.Е. Шабад, Препр. ФИАН, 166 (1968)
- Н.Б. Нарожный, ЖЭТФ, 55, 714 (1968)
- V.I. Ritus, Ann. Phys., 69, 555 (1972). DOI: 10.1016/0003-4916(72)90191-1
- S. Meuren, C.H. Keitel, A. Di Piazza, Phys. Rev. D, 88, 013007 (2013). DOI: 10.1103/PhysRevD.88.013007
- S. Bragin, S. Meuren, C.H. Keitel, A. Di Piazza, Phys. Rev. Lett., 119, 250403 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.250403
- I.A. Aleksandrov, V.M. Shabaev, ЖЭТФ, 166, 182 (2024). DOI: 10.31857/S0044451024080042
- B. King, N. Elkina, Phys. Rev. A, 94, 062102 (2016). DOI: 10.1103/PhysRevA.94.062102
- Y. Nakamiya, K. Homma, Phys. Rev. D, 96, 053002 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevD.96.053002
- F. Della Valle, A. Ejlli, U. Gastaldi, G. Messineo, E. Milotti, R. Pengo, G. Ruoso, G. Zavattini, Eur. Phys. J. C, 76, 24 (2016). DOI: 10.1140/epjc/s10052-015-3869-8
- G. Zavattini, F. Della Valle, A. Ejlli, G. Ruoso, Eur. Phys. J. C, 76, 294 (2016). DOI: 10.1140/epjc/s10052-016-4139-0
- R.S. Scorer, Q. J. Mech. Appl. Math., 3, 107 (1950). DOI: 10.1093/qjmam/3.1.107
- Н.Б. Нарожный, С.С. Буланов, В.Д. Мур, В.С. Попов, Письма в ЖЭТФ, 80, 434 (2004). DOI: 10.1134/1.1830652
- С.С. Буланов, Н.Б. Нарожный, В.Д. Мур, В.С. Попов, ЖЭТФ, 129, 14 (2006)
- F. Hebenstreit, R. Alkofer, H. Gies, Phys. Rev. D, 78, 061701(R) (2008). DOI: 10.1103/PhysRevD.78.061701
- S.S. Bulanov, V.D. Mur, N.B. Narozhny, J. Nees, V.S. Popov, Phys. Rev. Lett., 104, 220404 (2010). DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.220404
- S.P. Gavrilov, D.M. Gitman, Phys. Rev. D, 95, 076013 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevD.95.076013
- I.A. Aleksandrov, G. Plunien, V.M. Shabaev, Phys. Rev. D, 99, 016020 (2019). DOI: 10.1103/PhysRevD.99.016020
- D.G. Sevostyanov, I.A. Aleksandrov, G. Plunien, V.M. Shabaev, Phys. Rev. D, 104, 076014 (2021). DOI: 10.1103/PhysRevD.104.076014
- I.A. Aleksandrov, D.G. Sevostyanov, V.M. Shabaev, Symmetry, 14, 2444 (2022). DOI: 10.3390/sym14112444
- I.A. Aleksandrov, D.G. Sevostyanov, V.M. Shabaev, arXiv:2210.15626
- A.G. Tkachev, I.A. Aleksandrov, V.M. Shabaev, arXiv:2408.04084