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

一个研究小组能够在汉堡的欧洲 XFEL 产生具有前所未有纯度的偏振 X 射线。这些实验涉及来自 GSI 的一个分支 Helmholtz Institute Jena、Friedrich Schiller University Jena 和 Helmholtz Center Dresden-Rossendorf 的科学家。该方法预计将在未来几年使用，以表明即使是真空在某些情况下也表现得像一种材料——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(例如阳光)是非偏振的，但激光会产生偏振辐射。这是从固态物理到量子光学的广泛实验的重要要求。

额外的偏振器，例如耶拿亥姆霍兹研究所正在开发的偏振器，其目的是进一步提高偏振纯度，但很长一段时间内，几个 10 -10的极限无法进一步推动。2018 年，现已发表在Physical Review Research上的论文第一作者 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光源，”这位在 HI Jena 领导真空双折射工作并共同负责耶拿大学相关 DFG 研究项目的物理学家说。“欧洲 X 射线激光器欧洲 XFEL 在汉堡附近的 Schenefeld 的调试为此奠定了基础。”

舒尔茨和他的团队与耶拿弗里德里希席勒大学和亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫中心的科学家们一起，在欧洲 XFEL 开发了一个实验装置，由于特殊的偏振器晶体创造了 8×10 -11的新纯度记录，这是一种非常精确对准和稳定的设置。这一新的纯度记录已经促成了许多关于X 射线范围内的量子光学和固体电荷分布的实验。然而，人们对所谓的真空双折射的检测特别感兴趣。

实验装置HED(高能量密度科学)。图片来源：欧洲 XFEL/Jan Hosan

Werner Heisenberg 和 Hans Euler 早在 1936 年就描述了光与光的相互作用，但尚未在地球上直接观察到。“真空双折射是目前最有希望直接检测光-光相互作用的效应，”Schulze 解释说。“在这个过程中，当样品光束在真空中与非常强的第二光束碰撞时，其偏振会发生变化。因此，真空就像双折射晶体，也会影响偏振;因此得名。效果非常小， “

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。研究团队现在有了一个可以测量最小偏振变化的装置。真空双折射的检测不仅会进一步巩固量子电动力学的基础，而且，如果出现与理论预期的偏差，也会为以前未知的基本粒子(如轴子或带电粒子)提供线索。“我们希望能够在未来几年内启动第一个实验。”

对于 FAIR 粒子加速器中心的未来实验，这一现象的检测也很有趣。“如果我们成功测量真空双折射，这将有助于解释来自 FAIR 的测量数据。除其他外，真空偏振将在那里发挥作用，这与真空双折射密切相关，”舒尔茨说。