Uma equipe de pesquisa conseguiu gerar raios X polarizados com pureza sem precedentes no XFEL europeu em Hamburgo. Os experimentos envolveram cientistas do Helmholtz Institute Jena, um ramo do GSI, Friedrich Schiller University Jena e do Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. O método deve ser usado nos próximos anos para mostrar que mesmo o vácuo se comporta como um material sob certas circunstâncias – uma previsão da eletrodinâmica quântica.
A polarização da radiação eletromagnética descreve em qual plano no espaço uma onda oscila. Enquanto a radiação eletromagnética cotidiana, como a luz solar, não é polarizada, os lasers produzem radiação polarizada. Este é um requisito importante para uma ampla gama de experimentos, desde a física do estado sólido até a óptica quântica.

Polarizadores adicionais, como os que estão sendo desenvolvidos no Instituto Helmholtz em Jena, têm o objetivo de melhorar ainda mais a pureza da polarização, mas por muito tempo o limite de alguns 10 ^-10 não podia ser empurrado mais longe. Em 2018, Kai Schulze, primeiro autor do artigo agora publicado na Physical Review Research , constataram que a divergência da radiação síncrotron é a razão desse limite. "Então, para obter uma melhoria adicional na pureza, precisávamos de uma fonte com melhor divergência", diz o físico, que lidera o trabalho de birrefringência a vácuo na HI Jena e é co-responsável por projetos de pesquisa DFG relacionados na Universidade de Jena. "O comissionamento do laser de raios X europeu, o XFEL europeu, em Schenefeld, perto de Hamburgo, estabeleceu o caminho para isso."

Juntamente com cientistas da Universidade Friedrich Schiller de Jena e do Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf, Schulze e sua equipe desenvolveram um experimento no XFEL europeu que estabeleceu um novo recorde de pureza de 8×10 ^-11 graças aos cristais polarizadores especiais, um alinhamento muito preciso e uma configuração estável. Este novo registro de pureza já possibilitou uma série de experimentos em óptica quântica na faixa de raios X e na distribuição de carga em sólidos. No entanto, especial interesse é dedicado à detecção da chamada birrefringência a vácuo.

A interação da luz com a luz foi descrita já em 1936 por Werner Heisenberg e Hans Euler, mas ainda não foi observada diretamente na Terra. "A birrefringência a vácuo é atualmente o efeito mais promissor para detectar diretamente a interação luz-luz", explica Schulze. "Neste processo, a polarização de um feixe de amostra muda quando ele colide no vácuo com um segundo feixe de luz muito intenso. O vácuo age assim como um cristal birrefringente, que também afeta a polarização; daí o nome. O efeito é extremamente pequeno, mas cresce com a diminuição do comprimento de onda do feixe de amostra. Polarizadores precisos na faixa de raios-X, portanto, fornecem uma boa ferramenta para detectar o efeito."

O instrumento de alta densidade de energia no XFEL europeu fornecerá as condições ideais para tal experimento no futuro, explica Schulze. E a equipe de pesquisa agora tem uma configuração com a qual as menores mudanças de polarização podem ser medidas. A detecção da birrefringência no vácuo não apenas apoiaria ainda mais os fundamentos da eletrodinâmica quântica, mas, se surgirem desvios das expectativas teóricas, também forneceria pistas para partículas elementares anteriormente desconhecidas (como áxions ou partículas milicarregadas). "Esperamos poder lançar os primeiros experimentos nos próximos anos."

A detecção do fenômeno também seria interessante para futuros experimentos no centro acelerador de partículas FAIR. "Se conseguirmos medir a birrefringência do vácuo, isso ajudará a interpretar os dados de medição do FAIR. Entre outras coisas, a polarização do vácuo terá um papel lá, que está intimamente ligado à birrefringência do vácuo", disse Schulze. + Explorar mais

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