量子真空中高速带电粒子发射切伦科夫辐射

2022-02-24 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:792 /
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根据发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的一项新研究,通过与量子真空相互作用,穿过太空的带电粒子可以发出切伦科夫辐射。Macleod等人分析了强激光脉冲中真空切伦科夫辐射的特性和脉冲星周围的磁场。影像学分:格德·奥特曼。众所周知,带电粒子......

根据发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的一项新研究,通过与量子真空相互作用,穿过太空的带电粒子可以发出切伦科夫辐射。

Macleod et al analyzed the properties of vacuum Cherenkov radiation in strong laser pulses and the magnetic field around a pulsar. Image credit: Gerd Altmann.

Macleod等人分析了强激光脉冲中真空切伦科夫辐射的特性和脉冲星周围的磁场。影像学分:格德·奥特曼。

众所周知,带电粒子,如电子和质子,当它们的速度超过周围介质中光子的速度时,会产生相当于音爆的电磁效应。

这种效应被称为切伦科夫辐射,是核反应堆中水发出的特有蓝光的原因。

根据阿尔伯特·爱因斯坦的说法,在真空中没有什么能比光传播得更快。因此,通常假设切伦科夫发射不能在真空中发生。

但根据量子理论,真空本身充满了“虚拟粒子”,它们会短暂地进出存在。

这些粒子通常是看不到的,但是,在极强的电场和磁场的存在下,它们可以把真空变成光学介质,在那里光速减慢,这样高速带电粒子就可以发射切伦科夫辐射。这在真空中完全出乎意料。

“这是一个非常令人兴奋的新预测,因为它可以为一些基本问题提供答案,比如星系中心的伽马射线辉光的起源是什么?”斯特拉斯克莱德大学的迪诺·雅罗辛斯基教授说。

“此外,它还提供了一种新的方法,通过将一些最基本的科学理论推向极限来测试它们。”

Jaroszynski教授和colelagues发现,在极端条件下,例如在世界上最强激光的焦点和中子星周围的巨大磁场中,这种“极化”真空可以减缓伽马射线,刚好足以让切伦科夫辐射发生。

这意味着穿过脉冲星周围磁场的最高能量宇宙射线应该主要发射切伦科夫辐射,远远超过同步辐射等其他类型的辐射。

普利茅斯大学的研究员亚历山大·麦克劳德(Alexander Macleod)说:“量子电动力学是物理学中经过最好测试的理论之一,理论预测和实验数据之间有着非凡的一致性。

“但这一协议只在弱场体制下得到验证。真空切伦科夫辐射提供了一种新的方法来测试它是否能在强场极限下生存。”

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亚历山大·麦克劳德等人,2019年。量子真空中的切伦科夫辐射。列特物理学报122(16):161601;doi:10.1103/physrevlett . 122.161601


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