Новые результаты эксперимента PVLAS: сенсация отменяется

Схематическое изображение квантовых электрон-позитронных флуктуаций в вакууме — один из эффектов, за которыми охотится эксперимент PVLAS (изображение с сайта этой группы)

Новые результаты эксперимента PVLAS, ищущего влияние магнитного поля на луч лазера, не подтвердили первоначальных сенсационных заявлений. Загадочный сигнал, по-видимому, был результатом неучтенных ранее паразитных полей внутри установки.

Глубинное устройство нашего мира (какие частицы существуют в природе и как они друг с другом взаимодействуют) можно изучать не только на ускорителях элементарных частиц, но и с помощью «обыденных» экспериментов. С одной стороны, такие эксперименты на порядки дешевле ускорительных, но с другой стороны, они опираются на филигранную постановку и сверхточные методы исследования.

Итальянский эксперимент PVLAS как раз относится к такой категории. Его цель — попытаться «почувствовать» воздействие сильного магнитного поля на распространение лазерного луча в вакууме. В рамках классической теории электромагнитных явлений такого влияния не должно быть вовсе, однако квантовые флуктуации — когда в вакууме на короткое время появляются и тут же исчезают виртуальные электрон-позитронные пары — приводят к очень слабому, но всё же отличному от нуля воздействию на поляризацию света. Более сильный эффект мог бы возникнуть, если бы в природе существовали новые, не обнаруженные до сих пор частицы — например, аксионы или миллизаряды. Именно такой эффект и пытается найти коллаборация PVLAS, многократно гоняя взад-вперед лазерный луч через область сильного магнитного поля и наблюдая за его поляризацией.

Два года назад эта группа опубликовала результаты, вызвавшие среди физиков небольшой переполох (подробности см. в заметке Результат, полученный экспериментом PVLAS, нуждается в объяснении). Из результатов эксперимента следовало, что магнитное поле действительно воздействует на поляризацию света, но в несколько тысяч раз сильнее, чем предсказывалось для электрон-позитронных флуктуаций. Авторы утверждали, что все источники посторонних воздействий, которые можно было предвидеть, были проверены, хотя, конечно, в установке могли оставаться и какие-то неучтенные воздействия.

Значит ли это, что PVLAS открыл совершенно новый тип частиц? Этот вопрос с жаром принялись обсуждать теоретики (за два года экспериментальная статья цитировалась более ста раз), но сами авторы эксперимента с таким выводом не спешили. Понимая, что в таких тонких экспериментах всегда есть подводные камни, они занялись модернизацией установки и повышением ее чувствительности.

Представление о том, насколько этот эксперимент чувствителен к посторонним воздействиям, могут дать такие примеры. Для достижения сверхглубокого вакуума пришлось применять специальную систему вакуумных насосов, которые не вызывают вибрации и сами не используют магнитные поля. Кроме того, зеркала интерферометра, между которыми бегает луч света, были покрыты специальным отражающим слоем, который, однако, сам слегка поляризовал свет в присутствии магнитного поля. Несмотря на то, что зеркала находились далеко от магнита, остаточное магнитное поле всё же доставало и до них, так что этот эффект потребовалось специально компенсировать. Наконец, еще большие трудности создавал тот факт, что магнитное поле было не постоянным, а переменным (магнит медленно вращался на платформе), и оно могло наводить «паразитную модуляцию» (то есть периодическую изменчивость, которая изначально не планировалась) на остальных частях установки.

Тем не менее авторы сделали всё возможное для отлова и устранения посторонних воздействий и после модернизации установки провели новую серию измерений. Статья с их результатами появилась недавно в архиве электронных препринтов. Авторы сообщают, что им удалось на порядок улучшить чувствительность эксперимента и после этого никакого намека на ранее обнаруженный сигнал не осталось. Таким образом, ни о каких эффектах за пределами Стандартной модели коллаборация PVLAS уже не говорит.

Сигнал, зарегистрированный в опытах двухлетней давности, авторы списывают на неучтенный ранее тип электромагнитного отклика внутри установки. Например, после целой серии проверок авторы обнаружили, что переменное паразитное магнитное поле может модулировать яркость лазерного луча, а также строго периодический электрический сигнал, подаваемый на некоторые элементы установки. Возможно, что в предыдущей фазе эксперимента именно эти электромагнитные наводки и имитировали искомый сигнал.

Несмотря на то, что предыдущий сенсационный результат, не вписывавшийся в общую картину и противоречивший наблюдательным астрофизическим данным, не подтвердился, экспериментаторы планируют продолжать поиски. Не исключено, что после дальнейшего увеличения чувствительности установки появятся новые интересные результаты.

Источник: E. Zavattini et al. New PVLAS results and limits on magnetically induced optical rotation and ellipticity in vacuum // ArXiv:0706.3419 (23 июня 2007 года).

Игорь Иванов