Streuung von Licht durch Licht: experimenteller Status

Streuung von Licht durch Licht tritt in den Lösungen der Maxwell-Gleichungen nicht auf (da sie linear sind und EM-Wellen der Überlagerung gehorchen), aber es ist eine Vorhersage der QED (die signifikantesten Feynman-Diagramme haben eine geschlossene Schleife von vier Elektronenpropagatoren).

Wurde die Streuung von Licht durch Licht im Vakuum jemals für Photonen jeglicher Energie beobachtet? Wenn nicht, wie nah sind wir einem solchen Experiment?

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Dies wurde durch „ Experiment 144 “ am SLAC im Jahr 1997 demonstriert. Hier ist eine Liste von Veröffentlichungen aus diesem Projekt, zum Beispiel „ Positron Production in Multiphoton Light-by-Light Scattering “, deren Zusammenfassung lautet:

Ein Signal von 106 ± 14 Positronen über dem Hintergrund wurde bei Kollisionen eines 46,6-GeV-Elektronenstrahls mit niedriger Emittanz mit Terawatt-Pulsen eines Nd:Glaslasers bei einer Wellenlänge von 527 nm in einem Experiment am Final Focus Test Beam am SLAC beobachtet. Die Positronen werden so interpretiert, dass sie aus einem zweistufigen Prozess stammen, bei dem Laserphotonen durch den Elektronenstrahl auf GeV-Energien zurückgestreut werden, gefolgt von einer Kollision zwischen dem hochenergetischen Photon und mehreren Laserphotonen, um ein Elektron-Positron-Paar zu erzeugen. Diese Ergebnisse sind der erste Laborbeweis für inelastische Licht-für-Licht-Streuung, an der nur echte Photonen beteiligt sind .

Das habe ich gesucht. Ein interessanter Aspekt ist, dass, da die invariante Masse eines rückgestreuten Photons und eines Laserphotons nicht für die Paarbildung ausreicht, dies tatsächlich die Reaktion 5 (oder mehr) Gamma → e+ e-
Aber das beantwortet die ursprüngliche Frage nicht wirklich, da die Streuung von Photonen zur Erzeugung eines Elektron-Positron-Paares klassisch durchaus Sinn macht. Die ursprüngliche Frage betraf den reinen Quantenprozess, bei dem zwei Photonen in zwei Photonen gestreut werden. Ich bin mir nicht sicher, ob es für "echte" Photonen beobachtet wurde.
Das Papier „Positron Production ...“ im PDF-Format ist z . B. unter wwwphy.princeton.edu/~kirkmcd/examples/accel/… zu finden . Eine nette Theorie finden Sie unter arxiv.org/pdf/hep-ph/9805507

Ich schätze, Sie haben nach elastischer Photon-Photon-Wechselwirkung gefragt. Wenn das der Fall ist, erinnere ich mich, einige Vorschläge (und Argumente zur Machbarkeit) von Experimenten unter Verwendung bestehender Laseranlagen gelesen zu haben in:

E. Lundström et al. Verwendung von Hochleistungslasern zur Detektion elastischer Photon-Photon-Streuung. Phys. Rev. Lett. 96 nr. 8, 083602 (2006) . arXiv:hep-ph/0510076

Weitere Referenzen:

J. Lundin et al. Analyse der Vierwellenmischung von Hochleistungslasern zur Detektion elastischer Photon-Photon-Streuung. Phys. Rev. A 74 Nr. 4, 043821 (2006) . arxiv:hep-ph/0606136 .

Stephen DH Hsu und Brian M. Murray. Thermische Schwerkraft, Schwarze Löcher und kosmologische Entropie. Phys. Rev. D 73 Nr. 4, 044017 . arxiv:hep-th/0512033 .

Ich habe keine Ahnung, ob die Experimente wirklich gemacht wurden, aber diese Referenzen sind ziemlich cool :)

Ich habe eine vage Erinnerung, dass Licht-auf-Licht-Streuung eine Obergrenze für die Energie von Photonen setzt, die sich über kosmische Entfernungsskalen ausbreiten. Eine Sonde ist also sehr hochenergetische Gammaastronomie.

Ja, aber das sollte nur eine Obergrenze für den Querschnitt setzen, oder? Sie können es nicht wirklich verwenden, um zu zeigen, dass definitiv Photon-Photon-Streuung stattfindet, oder?
@Keegan. Wenn Sie Photonen oberhalb einer bestimmten Schwelle von "lokalen" Phänomenen (z. B. unserem Supercluster) und nicht von weit entfernten Phänomenen sehen und andere Prozesse ausschließen können ...
Denken Sie an die Begrenzung der Teilchenenergien der kosmischen Strahlung aufgrund der Streuung mit dem Mikrowellenhintergrund? Das ist das „GZK-Limit“
@DarenW nein, aber der Mechanismus ist verwandt. Oberhalb von etwa 400 TeV können Photonen paarweise auf dem CMB produzieren, und obwohl der Querschnitt über kosmische Entfernungen klein ist, wird er signifikant.

Die magnetische Doppelbrechung im Vakuum beinhaltet im Grunde das gleiche Schleifendiagramm wie die elastische Licht-Licht-Streuung, außer dass zwei der vier Photonen von einem Magneten stammen. Diesen Effekt nachzuweisen, ist das Ziel des PVLAS-Experiments in Ferrara, Italien. Siehe arXiv:1406.6518 und Verweise darin. Das Experiment läuft im Moment, aber die Empfindlichkeit reicht noch nicht aus, um diesen fundamentalen Prozess nachzuweisen. Wir arbeiten daran.

Nachweis (4,4 Standardabweichungen über der Hintergrunderwartung) für Licht durch Lichtstreuung ( γ γ → γ γ ) wurde kürzlich auch am Large Hadron Collider bei Kollisionen von Bleiatomen beobachtet: https://arxiv.org/abs/1702.01625

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