真空双折射效应

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1934年Halpern 认识到虚粒子的产生导致光子之间的相互作用,在量子电动力学理论中光子可以通过正-负电子虚偶的产生而相互作用,由于这个非线性的相互作用使得拉格朗日密度函数中有一个包含场的四次方的附加项。正是这个原因导致了真空双折射效应,真空就像一个极化的统一体,光在真空背景磁场中传播时,它的传播有两个极化模式,方向分别与磁场和波矢所构成的平面垂直以及在这个平面上。Maxwell电磁理论作为对经典电磁场的数学描述,暗含了光子静止质量为零的基本假设,已有的双折射理论也都是默认光子的静止质量为零的,然而光子静止质量是否为零仍然是人们关注的问题。因此考虑把光子的静止质量加入到双折射效应中去,计算静止质量对真空双折射效应产生的影响是一件有意义的事情。   本文主要给出了真空双折射效应中半经典理论计算折射率两种方法的具体过程,并考虑若光子静止质量不为零,即 m γ≠0时,m γ对真空双折射效应的影响,得出结论:虽然两极化模式折射率均有一微小修正m γ2/2 ω 2,但两极化模式折射率之差Δn=n ‖-n ⊥相比光子静止质量为零时是不变的,因而双折射实验中可观测量椭圆极化相位差也是不变的,在真空双折射实验中并不能观测到,因此利用真空双折射实验探测光子静止质量的上限在半经典理论框架下是不可行的。
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