Вышедшие номера
Оптическая теорема и дихроизм вакуума в электромагнитном поле, рождающем пары
Российский научный фонд, Проведение инициативных исследований молодыми учеными, 23-72-01068
Александров И.А. 1,2, Чубуков Д.В. 3
1Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
2Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
3Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
Email: i.aleksandrov@spbu.ru, dmitrybeat@gmail.com
Поступила в редакцию: 8 мая 2025 г.
В окончательной редакции: 8 мая 2025 г.
Принята к печати: 12 мая 2025 г.
Выставление онлайн: 18 июля 2025 г.

Исследована связь процессов распада фотона на электрон-позитронную пару и излучения фотона из вакуума с рождением пары во внешнем элекромагнитном поле. Известно, что в том случае, когда внешнее поле не способно рождать частицы из вакуума в нулевом порядке по радиационному взаимодействию, вклад излучения также равен нулю, а вероятность распада фотона в соответствии с оптической теоремой можно связать с мнимой частью диаграммы Фейнмана второго порядка, содержащей фермионную петлю. В данной работе основное внимание уделено задаче с нестабильным вакуумом. Показано, что в этом случае утверждение оптической теоремы модифицируется, покольку к вероятности распада фотона нужно прибавлять уже ненулевую вероятность излучения с рождением пары. В рамках численного расчета обе эти вероятности получены непертурбативно по взаимодействию с внешним переменным электрическим полем для различных поляризаций фотона. Результаты вычисления мнимой части однопетлевой диаграммы оказались в полном согласии с оптической теоремой. При этом показано, что приближение локально постоянного поля неприменимо в области низких энергий фотона и может давать существенную ошибку в высокоэнергетической области. В работе также проведен анализ явления дихроизма вакуума, т. е. зависимости вышеописанных вкладов от поляризации фотона. Ключевые слова: квантовая электродинамика, сильные поля, нелинейные эффекты, дихроизм, поляризационный тензор, двулучепреломление.
  1. В.Б. Берестецкий, Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский. Теоретическая физика. Т. IV. Квантовая электродинамика (Наука, М., 1989)
  2. Д.М. Гитман, Е.С. Фрадкин, Ш.М. Шварцман. Квантовая электродинамика с нестабильным вакуумом (Наука, М., 1991)
  3. В.И. Ритус. Труды ФИАН, 111, 5 (1979)
  4. A. Gonoskov, T.G. Blackburn, M. Marklund, S.S. Bulanov. Rev. Mod. Phys., 94, 045001 (2022). DOI: 10.1103/RevModPhys.94.045001
  5. A. Fedotov, A. Ilderton, F. Karbstein, B. King, D. Seipt, H. Taya, G. Torgrimsson. Phys. Rep., 1010, 1 (2023). DOI: 10.1016/j.physrep.2023.01.003
  6. С.В. Попруженко, А.М. Федотов. УФН, 193, 491 (2023). DOI: 10.3367/UFNr.2023.03.039335
  7. M. Lestinsky et al. Eur. Phys. J. Spec. Top., 225, 797 (2016). DOI: 10.1140/epjst/e2016-02643-6
  8. X. Ma et al. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 408, 169 (2017). DOI: 10.1016/j.nimb.2017.03.129
  9. G.M. Ter-Akopian, W. Greiner, I.N. Meshkov, Y.T. Oganessian, J. Reinhardt, G.V. Trubnikov. Int. J. Mod. Phys. E, 24, 1550016 (2015). DOI: 10.1142/S0218301315500160
  10. I.A. Aleksandrov, A. Di Piazza, G. Plunien, V.M. Shabaev. Phys. Rev. D, 105, 116005 (2022). DOI: 10.1103/PhysRevD.105.116005
  11. I.A. Aleksandrov, D.V. Chubukov, V.M. Shabaev. Готовится к публикации
  12. S. Bragin, S. Meuren, C.H. Keitel, A. Di Piazza. Phys. Rev. Lett., 119, 250403 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.250403
  13. И.А. Баталин, А.Е. Шабад. Препр. ФИАН, 166 (1968)
  14. Н.Б. Нарожный. ЖЭТФ, 55, 714 (1968)
  15. V.I. Ritus. Ann. Phys., 69, 555 (1972). DOI: 10.1016/0003-4916(72)90191-1
  16. S. Meuren, C.H. Keitel, A. Di Piazza. Phys. Rev. D, 88, 013007 (2013). DOI: 10.1103/PhysRevD.88.013007
  17. R.S. Scorer. Q. J. Mech. Appl. Math., 3, 107 (1950). DOI: 10.1093/qjmam/3.1.107
  18. I.A. Aleksandrov, V.M. Shabaev. ЖЭТФ, 166, 182 (2024). DOI: 10.31857/S0044451024080042
  19. И.А. Александров, Д.В. Чубуков, А.Г. Ткачев, А.И. Клочай. Опт. и спектр., 132, 957 (2024). DOI: 10.61011/OS.2024.09.59194.7009-24
  20. J. Schwinger. Phys. Rev., 82, 664 (1951). DOI: 10.1103/PhysRev.82.664
  21. A. Di Piazza, K.Z. Hatsagortsyan, C.H. Keitel. Phys. Rev. D, 72, 085005 (2005). DOI: 10.1103/PhysRevD.72.085005
  22. A.M. Fedotov, N.B. Narozhny. Phys. Lett. A, 362, 1 (2007). DOI: 10.1016/j.physleta.2006.09.085
  23. F. Karbstein, R. Shaisultanov. Phys. Rev. D, 91, 113002 (2015). DOI: 10.1103/PhysRevD.91.113002
  24. A. Otto, B. Kampfer. Phys. Rev. D, 95, 125007 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevD.95.125007
  25. H. Gies, F. Karbstein, C. Kohlfurst. Phys. Rev. D, 97, 036022 (2018). DOI: 10.1103/PhysRevD.97.036022
  26. I.A. Aleksandrov, G. Plunien, V.M. Shabaev. Phys. Rev. D, 100, 116003 (2019). DOI: 10.1103/PhysRevD.100.116003
  27. I.A. Aleksandrov, A.D. Panferov, S.A. Smolyansky. Phys. Rev. A, 103, 053107 (2021). DOI: 10.1103/PhysRevA.103.053107
  28. J.S. Toll. Ph.D. thesis, Princeton Univ., 1952
  29. R. Baier, P. Breitenlohner. Acta Phys. Austriaca, 25, 212 (1967)
  30. R. Baier, P. Breitenlohner. Nuovo Cimento B, 47, 117 (1967). DOI: 10.1007/BF02712312
  31. В.Н. Байер, А.И. Мильштейн, В.М. Страховенко. ЖЭТФ, 69, 1893 (1975)
  32. W. Becker, H. Mitter. J. Phys. A, 8, 1638 (1975). DOI: 10.1088/0305-4470/8/10/017
  33. Е.Б. Александров, А.А. Ансельм, А.Н. Москалев. ЖЭТФ, 89, 1181 (1985)
  34. A. Di Piazza, K.Z. Hatsagortsyan, C.H. Keitel. Phys. Rev. Lett., 97, 083603 (2006). DOI: 10.1103/PhysRevLett.97.083603
  35. 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
  36. F. Karbstein, H. Gies, M. Reuter, M. Zepf. Phys. Rev. D, 92, 071301(R) (2015). DOI: 10.1103/PhysRevD.92.071301
  37. 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
  38. F. Karbstein, E.A. Mosman. Phys. Rev. D, 101, 113002 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevD.101.113002
  39. F. Karbstein, D. Ullmann, E.A. Mosman, M. Zepf. Phys. Rev. Lett., 129, 061802 (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061802
  40. N. Ahmadiniaz, T.E. Cowan, J. Grenzer, S. Franchino-Vinas, A. Laso Garcia, M. S vSmid, T. Toncian, M.A. Trejo, R. Schutzhold. Phys. Rev. D, 108, 076005 (2023). DOI: 10.1103/PhysRevD.108.076005