Dispersión de luz por luz: estado experimental

La dispersión de luz por luz no ocurre en las soluciones de las ecuaciones de Maxwell (ya que son lineales y las ondas EM obedecen a la superposición), pero es una predicción de QED (los diagramas de Feynman más significativos tienen un circuito cerrado de cuatro propagadores de electrones).

¿Se ha observado alguna vez la dispersión de la luz por la luz en el vacío, para fotones de cualquier energía? Si no, ¿qué tan cerca estamos de tal experimento?

Respuestas (5)

Esto fue demostrado por el " Experimento 144 " en SLAC en 1997. Aquí hay una lista de publicaciones de ese proyecto, por ejemplo " Producción de positrones en dispersión multifotónica luz por luz ", cuyo resumen dice:

Se ha observado una señal de 106±14 positrones por encima del fondo en colisiones de un haz de electrones de 46,6 GeV de baja emitancia con pulsos de teravatios de un láser Nd:vidrio a una longitud de onda de 527 nm en un experimento en el haz de prueba de enfoque final en SLAC. Se interpreta que los positrones surgen de un proceso de dos pasos en el que los fotones láser son retrodispersados ​​a energías GeV por el haz de electrones, seguido de una colisión entre el fotón de alta energía y varios fotones láser para producir un par electrón-positrón. Estos resultados son la primera evidencia de laboratorio de dispersión inelástica luz por luz que involucra solo fotones reales .

Esto es lo que estaba buscando. Un aspecto interesante es que, dado que la masa invariable de un fotón retrodispersado y un fotón láser es insuficiente para la producción de pares, esta es en realidad la reacción 5 (o más) gamma → e+ e-
Pero esto no responde realmente a la pregunta original, ya que la dispersión de fotones para producir un par electrón-positrón tiene mucho sentido clásicamente. La pregunta original era sobre el proceso puramente cuántico en el que dos fotones se dispersan en dos fotones. No estoy seguro de si se ha observado para fotones "reales".
El documento "Positron Production..." en formato pdf se encuentra en, por ejemplo , wwwphy.princeton.edu/~kirkmcd/examples/accel/… . Una buena teoría está en arxiv.org/pdf/hep-ph/9805507

Supongo que estabas preguntando sobre la interacción elástica fotón-fotón. Si ese es el caso, recuerdo haber leído algunas propuestas (y argumentos de factibilidad) de experimentos utilizando instalaciones láser existentes en:

E. Lundström et al. Uso de láseres de alta potencia para la detección de dispersión fotón-fotón elástica. física Rev. Lett. 96 núm. 8, 083602 (2006) . arXiv:hep-ph/0510076

Otras referencias:

J. Lundin et al. Análisis de la mezcla de cuatro ondas de láseres de alta potencia para la detección de dispersión fotón-fotón elástica. física Rev. A 74 n.° 4, 043821 (2006) . arxiv:hep-ph/0606136 .

Stephen DH Hsu y Brian M. Murray. Gravedad térmica, agujeros negros y entropía cosmológica. física Rev.D 73 no.4, 044017 . arxiv:hep-th/0512033 .

No tengo idea si los experimentos realmente se hicieron, pero esas referencias son bastante geniales :)

Tengo un vago recuerdo de que la dispersión de luz sobre luz pone un límite superior a la energía de los fotones que se propagarán a escalas de distancia cósmica. Entonces, una sonda es la astronomía gamma de muy alta energía.

Sí, pero eso solo debería poner un límite superior en la sección transversal, ¿verdad? Realmente no puedes usarlo para mostrar que la dispersión fotón-fotón está teniendo lugar definitivamente, ¿verdad?
@Keegan. Si ve fotones por encima de cierto umbral de fenómenos "locales" (digamos nuestro súper cúmulo), y no de los lejanos y puede descartar otros procesos...
¿Está pensando en el límite de las energías de las partículas de rayos cósmicos debido a la dispersión con el fondo de microondas? Este es el "Límite GZK"
@DarenW no, pero el mecanismo está relacionado. Por encima de alrededor de 400 TeV, los fotones pueden emparejarse en el CMB, y aunque la sección transversal es pequeña en distancias cósmicas, se vuelve significativa.

La birrefringencia magnética al vacío básicamente involucra el mismo diagrama de bucle que la dispersión elástica luz-luz, excepto que dos de los cuatro fotones provienen de un imán. Detectar este efecto es el objetivo del experimento PVLAS en Ferrara, Italia. Ver arXiv:1406.6518 y referencias dentro. El experimento se está ejecutando en este momento, pero la sensibilidad aún no es lo suficientemente buena para detectar este proceso fundamental. Estamos trabajando en ello.

Evidencia (4.4 desviaciones estándar por encima de la expectativa de fondo) para luz por dispersión de luz ( γ γ γ γ ) también se ha visto recientemente en el Gran Colisionador de Hadrones en colisiones de átomos de plomo: https://arxiv.org/abs/1702.01625