Продольные и скалярные бозоны в материальных средах и в вакууме

Рассмотрены свойства различных типов бозе-частиц, существующих в диэлектрических средах и в вакууме. Проанализирован спектр решеточных и экситонных поляритонов на примере двухатомного кубического кристалла и вид диэлектрической функции ε(ω) для поперечных и продольных электромагнитных волн. Показано, что продольные электромагнитные волны соответствуют нулевому значению диэлектрической проницаемости как в материальных средах, так и в вакууме. Установлено, что для определенных поляризационных геометрий при регистрации спектров комбинационного рассеяния в нецентросимметричных кристаллах типа фосфида галлия и ниобата лития возможно возбуждение поперечных или продольных электромагнитных волн. Проанализированы зависимости энергии от квазиимпульса в глобулярных фотонных кристаллах. Установлено, что в таких кристаллах масса покоя фотонов отлична от нуля и может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Обнаружено, что в диэлектрических и фотонных кристаллах на поляритонных кривых существуют особые точки, соответствующие так называемым унитарным поляритонам, показатель преломления для которых удовлетворяет соотношению: n² = 1. Приведены зависимости энергии от импульса для бозонов вакуума, соответствующих поперечным, продольным, скалярным и псевдоскалярным волнам. Показано, что продольные фотоны в вакууме имеют отрицательную эффективную массу покоя. Проанализированы условия наблюдения скалярных и псевдоскалярных бозонов (парафотонов и аксионов) с очень малой массой покоя (10^-3 ... 10^-6 эВ), существование которых было предсказано ранее на основе астрофизических наблюдений. Рассмотрены закономерности фотон-бозонной конверсии с использованием в качестве возбуждающего излучения интенсивных лазерных источников света. Предсказано существенное возрастание эффективности такой конверсии при переходе от спонтанного режима к вынужденному. Предложены конкретные экспериментальные схемы для наблюдения процессов фотон-парафотонной конверсии.

Литература

[1] Okun L.B. Limits on electrodynamics: paraphotons? // Sov. Phys. JETP. 1982. Vol. 56. P. 502. (ЖЭТФ. 1982. № 83(3). С. 892).

[2] Hoffmann S. Paraphotons and axions: Similarities in stellar emission and detection // Phys. Lett. 1986. Vol. B 193. P. 117.

[3] Jaeckel J., Redondo J., Ringwald A. Hidden laser communications through matter -An application of meV-scale hidden photons // EPL. 2009. Vol. 87. P. 10010.

[4] Proposed experiment to Produce and Detect Light Pseudoscalars / K. van Bibber, N.R. Dagdeviren, S.E. Koonin, A.K. Kerman, H.N. Nelson // Phys. Rev. Lett. 1987. Vol. 59. P. 759.

[5] Поливанов Ю.Д. Комбинационное рассеяние света на поляритонах // УФН. 1978. Т. 126. № 2. С. 185-232.

[6] Агранович В.М., Гартштейн Ю.Н. Пространственная дисперсия и отрицательное преломление света // УФН. 2006. Т. 176 (10). С. 1051.

[7] Gorelik V.S. Optics of globular photonic crystals // Quantum Electronics. Vol. 37 (5). P. 409-432.

[8] Горелик В.С., Щавлев В.В. Оптические устройства на основе материалов с отрицательным преломлением // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2010. № 12. С. 23-32.

[9] Gorelik V.S. Coherent and Bound Photonic States in Globular Photonic. States in Globular Photonic Crystals // Acta Phys. Hung. B. 2006. Vol. 26/1-2. P. 37-46.

[10] Gorelik V.S. Coherent and bound photonic states in globular photonic crystals // Journal of Russian Laser Research. 2006. Vol. 27 (5). P. 437-449.

[11] Gorelik V.S. Linear and nonlinear optical phenomena in nanostructured photonic crystals, filled by dielectrics or metals // European Physical Journal of Applied Physics. 2010. Vol. 49. P. 33007.

[12] Горелик В.С. Поляритоны и их аналоги в веществе и в физическом вакууме // In Physical Interpretations of Relativity Theory. Proceedings of International Scientific Meeting PIRT-2003, Moscow. 2003. P. 56-81.

[13] Gorelik V.S. Dynamics of lattice models of media and physical vacuum // In Physical Interpretations of Relativity Theory. Proceedings of International Scientific Meeting PIRT-2005. Moscow. 2005 P. 70-76.

[14] Gorelik V.S. Microstructure of crystalline physical vacuum and photon-boson // Gravitation and Cosmology. 2006. Vol. 12. No. 2-3 (46-47). P. 151.

[15] Gorelik V.S. Dynamic of Lattice Models of Media and Physical Vacuum // In Physical Interpretations of Relativity Theory. Proceedings of International Scientific Meeting PIRT-2007, Moscow. 2007. P. 253.

[16] Спектральные и энергетические характеристики вынужденного глобулярного рассеяния света / М.В. Тареева, В.С. Горелик, А.Д. Кудрявцева, Н.В. Чернега // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2010. № 11. С. 35-41.

[17] О генерации пульсирующих акустических волн в глобулярных фотонных кристаллах / В.С. Горелик, А.Д. Кудрявцева, М.В. Тареева, Н.В. Чернега // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2011. № 2 (41). С. 3-15.

[18] Sikivie P., Tanner D.B., Van Bibber K. Resonantly Enhanced Axion-Photon Regeneration // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 98. 172002. [Электронный ресурс] // URL: http://www.phys.ufl.edu/tanner/PDFS/Sikivie07prl.pdf DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.172002 (дата обращения: 17.02.2014).

[19] An improved limit on the axion-photon coupling from the CAST experiment / S. Andriamonje, S. Aune, D. Autiero, K. Barth, A. Belov et al. // J. Cosmol. Astropart. Phys. 2007. Iss. 4. P. 1-23. D0I:10.1088/1475-7516/2007/04/010

[20] A search for chameleon particles using a photon regeneration technique / A.S. Chou, W. Wester, A. Baumbaugh, H.R. Gustafson et al. [GammeV Collaboration] // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 102. P. 080402. DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.030402

[21] First results from the OSQAR photon regeneration experiment: No light shining through a wall / P. Pugnat, L. Duvillaret, R. Jost et al. // Phys. Rev. D. 2008. Vol. 78. P. 092003. DOI:10.1103/PhysRevD.78.092003

[22] New Experimental limit on Optical Photon Coupling to Neutral, Scalar Bosons / A. Afanasev, O.K. Baker, K.B. Beard, G. Biallas et al. [LIPSS Collaboration]. Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 101. P. 120401. DOI: 10.1103/PhysRevLett.101.120401

[23] Laser experiments explore the hidden sector / M. Ahlers, H. Gies, J. Jaeckel, J. Redondo, A. Ringwald // Phys. Rev. D. 2008. Vol. 77. P. 095001. arXiv:0711.4991 [hep-ph].

[24] Resonantly-enhanced axion-photon regeneration / G. Mueller, P. Sikivie, D.B. Tanner, K. van Bibber; ed. by David B. Tanner, K.A. van Bibber // Axions 2010. American Institute of Physics. 2010. P. 150-155. [Электронный ресурс] URL: http://www.phys.ufl.edu/tanner/PDFS/Mueller10aps-reapr.pdf

[25] Search for chameleon particles using a photon-regeneration technique / A.S. Chou et al. // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 102. P. 030402.

[26] An upper limit on the stochastic gravitational-wave background of cosmological origin // The LIGO Scientific Collaboration & The Virgo Collaboration. Nature 460. (20 august 2009). P. 990-994. DOI:10.1038/nature08278

[27] Jaeckel J., Ringwald A. Search for Hidden Sector Photons with the ADMX Detector // Phys. Rev. Lett. 2010. Vol. 105. P. 171801.