File:Limite de Scwinger.png

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DescriptionLimite de Scwinger.png	Español: En electrodinámica cuántica (QED), el límite de Schwinger es una escala por encima de la cual se espera que el campo electromagnético se vuelva no lineal . El límite fue derivado por primera vez en uno de los primeros éxitos teóricos de QED por Fritz Sauter en 1931 [1] y Werner Heisenberg y su alumno Hans Heinrich Euler lo discutieron más a fondo . [2] Sin embargo, el límite se menciona comúnmente en la literatura [3] para Julian Schwinger , quien derivó las principales correcciones no lineales a los campos y calculó la tasa de producción de pares de electrones-positrones.En un campo eléctrico fuerte. [4] El límite generalmente se informa como un campo eléctrico máximo o campo magnético antes de la no linealidad para el vacío de {\ displaystyle E _ {\ text {c = {\ frac {m _ {\ text {e
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{\ displaystyle B _ {\ text {c}} = {\ frac {m _ {\ text {e}} ^ {2} c ^ {2}} {q _ {\ text {e}} \ hbar}} \ simeq 4.41 \ veces 10 ^ {9} \, \ mathrm {T},}{\ displaystyle B _ {\ text {c}} = {\ frac {m _ {\ text {e}} ^ {2} c ^ {2}} {q _ {\ text {e}} \ hbar}} \ simeq 4.41 \ veces 10 ^ {9} \, \ mathrm {T},} donde m e es la masa del electrón , c es la velocidad de la luz en el vacío, q e es la carga elemental y ħ es la constante de Planck reducida . Estas son enormes fuerzas de campo. Tal campo eléctrico es capaz de acelerar un protón desde el reposo hasta la energía máxima alcanzada por los protones en el Gran Colisionador de Hadrones en solo aproximadamente 5 micrómetros. El campo magnético está asociado con la birrefringencia del vacío y se supera en los magnetares .

En el vacío, las ecuaciones clásicas de Maxwell son ecuaciones diferenciales perfectamente lineales . Esto implica, por el principio de superposición , que la suma de dos soluciones a las ecuaciones de Maxwell es otra solución para las ecuaciones de Maxwell. Por ejemplo, dos haces de luz que se cruzan deberían simplemente sumar sus campos eléctricos y pasar uno a través del otro. Por lo tanto, las ecuaciones de Maxwell predicen la imposibilidad de cualquier dispersión de fotón elástico trivial pero trivial . Sin embargo, en QED, la dispersión no elástica de fotón-fotón se hace posible cuando la energía combinada es lo suficientemente grande como para crear pares virtuales de electrón-positrón espontáneamente, ilustrado por el diagrama de Feynman en la figura adyacente

Una sola onda plana es insuficiente para causar efectos no lineales, incluso en QED. [4] La razón básica de esto es que una onda plana única de una energía dada siempre se puede ver en un marco de referencia diferente , donde tiene menos energía (el mismo es el caso de un solo fotón). Una sola onda o fotón no tiene un marco de centro de momento donde su energía debe estar en un valor mínimo. Sin embargo, dos ondas o dos fotones que no viajan en la misma dirección siempre tienen una energía combinada mínima en su centro de marco de momento, y es esta energía y las intensidades de campo eléctrico asociadas con ella, lo que determina la creación de partículas-antipartículas y la dispersión asociada fenómenos.

La dispersión fotón-fotón y otros efectos de la óptica no lineal en el vacío es un área activa de investigación experimental, con tecnología actual o planificada que comienza a acercarse al límite de Schwinger. [5] Ya se ha observado a través de canales inelásticos en el Experimento SLAC 144. [6] [7] Sin embargo, no se han observado los efectos directos en la dispersión elástica. A partir de 2012, la mejor restricción en la sección transversal de dispersión de fotón-fotón elástico pertenecía a PVLAS , que informó un límite superior muy por encima del nivel predicho por el Modelo Estándar . [8]

Se hicieron propuestas para medir la dispersión elástica de luz por luz utilizando los fuertes campos electromagnéticos de los hadrones que colisionaron en el LHC . [9] En 2019, el experimento ATLAS en el LHC anunció la primera observación definitiva de dispersión fotón-fotón, observada en colisiones de iones de plomo que producían campos tan grandes como10 25 V / m , muy por encima del límite de Schwinger. [10] La observación de una sección transversal más grande o más pequeña que la predicha por el Modelo Estándar podría significar una nueva física como los axiones , cuya búsqueda es el objetivo principal de PVLAS y varios experimentos similares. ATLAS observó más eventos de lo esperado, potencialmente evidencia de que la sección transversal es mayor que la predicha por el Modelo Estándar, pero el exceso aún no es estadísticamente significativo. [11]

Es probable que la instalación de ELI –Ultra High Field planeada y financiada , que estudiará la luz en la frontera de intensidad, se mantenga muy por debajo del límite de Schwinger [12], aunque aún es posible observar algunos efectos ópticos no lineales. [13] Tal experimento, en el que la luz ultra intensa causa la producción de pares, se ha descrito en los medios populares como la creación de una " hernia " en el espacio-tiempo. [14]}} |date=2020-07-26 |source=Own work |author=Iker Briones |permission= |other versions= }}

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