偏振 X 射线达到最高纯度

实验在欧洲XFEL进行。图片来源：European XFEL/Heiner Müller-Elsner

一个研究小组能够在汉堡的欧洲XFEL上以前所未有的纯度产生偏振X射线。这些实验涉及来自耶拿亥姆霍兹研究所，GSI的一个分支机构，弗里德里希席勒大学耶拿分校和德累斯顿 - 罗森多夫亥姆霍兹中心的科学家。这种方法应该在未来几年内使用，以表明在某些情况下，即使真空的行为也像一种材料——这是量子电动力学的预测。

电磁辐射的极化描述了波在空间中的哪个平面上振荡。虽然日常的电磁辐射（如太阳光）是非极化的，但激光会产生偏振辐射。这是从固态物理学到量子光学等广泛实验的重要要求。

其他偏振片，例如耶拿亥姆霍兹研究所正在开发的偏振片，其目的是进一步提高偏振纯度，但长时间以来，偏振片的极限为10-10不能再被推下去了。2018年，现在发表在《物理评论研究》（Physical Review Research）上的论文的第一作者凯·舒尔茨（Kai Schulze）发现，同步辐射的发散是造成这一限制的原因。“因此，为了进一步提高纯度，我们需要一个具有更好发散性的源，”这位物理学家说，他领导了HI Jena的真空双折射工作，并共同负责耶拿大学的相关DFG研究项目。“欧洲X射线激光器European XFEL在汉堡附近的Schenefeld的调试为此设定了方向。

Schulze和他的团队与耶拿弗里德里希席勒大学和德累斯顿 - 罗森多夫亥姆霍兹中心的科学家一起，在欧洲XFEL开发了一个实验装置，创造了8 10的新纯度记录-11得益于特殊的偏振片晶体，非常精确的对准和稳定的设置。这种新的纯度记录已经使X射线范围内的量子光学和固体中的电荷分布进行了许多实验。然而，特别感兴趣的是检测所谓的真空双折射。

实验设置HED（高能量密度科学）。图片来源：European XFEL/Jan Hosan

早在1936年，维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg）和汉斯·欧拉（Hans Euler）就描述了光与光的相互作用，但尚未在地球上直接观察到。“真空双折射是目前直接检测光 - 光相互作用的最有希望的效果，”Schulze解释说。“在这个过程中，当样品束在真空中与非常强烈的第二束相撞时，样品束的偏振会发生变化。因此，真空就像双折射晶体一样，这也会影响极化;因此得名。效果非常小，但随着样品束波长的减小而增长。因此，X射线范围内的精确偏振片为检测效果提供了很好的工具。

Schulze进一步解释说，欧洲XFEL的高能量密度仪器将为未来的此类实验提供理想的条件。研究小组现在有一个设置，可以测量最小的极化变化。真空双折射的检测不仅将进一步巩固量子电动力学的基础，而且，如果出现与理论期望的偏差，还将为以前未知的基本粒子（如轴子或毫充电粒子）提供线索。“我们希望能够在未来几年内启动第一批实验。

检测这种现象对于FAIR粒子加速器中心的未来实验也将很有趣。“如果我们成功地测量了真空双折射率，这将有助于解释FAIR的测量数据。除其他事项外，真空极化将在那里发挥作用，这与真空双折射密切相关，“舒尔茨说。