Nya egenskaper hos elektromagnetisk strålning i plasmor
Att den elektromagnetiska strålningens kvantpartiklar – fotonerna – får en effektiv massa när de färdas i ett plasma med konstant densitet förutsades redan för 50 år sedan av Philip Anderson, nobelpristagare i fysik 1977.
Detta lade grunden till förutsägelsen av Higgspartikeln vars existens man nu försöker påvisa i pågående experiment vid den europeiska partikelfysikanläggningen CERN i Schweiz.
Tillsammans med kollegan Fabrizio Tamburini och doktoranden Anna Sponselli vid Universitetet i Padova, Italien, har Bo Thidé vid Institutet för rymdfysik, IRF, i Uppsala studerat mekanismen närmare och funnit att om plasmat är turbulent eller av andra skäl har en densitet som varierar, kommer plasmats oregelbundenheter att kunna ge fotonerna en skruvrörelse som beskrivs av deras så kallade banimpulsmoment (på engelska: orbital angular momentum, OAM). Denna fysikliska kvantitet minskar den effektiva massan hos fotonerna så att t ex radiovågor i rymden “väger” lite mindre än vad Anderson-Higgsmekansimen förutsäger.
“Jag hade under länge funderat över hur man ur den mottagna radiostrålningen från rymden skulle kunna utläsa hittills outforskade egenskaper hos de plasmamoln som strålningen färdas genom och nu har vi kommit en bra bit på väg”, säger Bo Thidé.
Resultaten publicerades 2010 i den erkända fysiktidskriften Europhysics Letters (EPL) i en artikel som av tidskriften utsågs till det årets bästa artikel i plasmafysik.
“Dock kvarstod frågan om hur mycket lägre den effektiva fotonmassan kan bli, men den har vi nu löst och har funnit att den alltid förblir positiv och reell”, fortsätter Bo Thidé.
Resultaten har härletts med hjälp av den teori som utvecklades på 1930-talet av det unga fysikgeniet Ettore Majorana, som verkade i kretsen kring nobelpristagaren Enrico Fermi men som några år senare spårlöst försvann, och har nu publicerats av Tamburini och Thidé i en uppföljningsartikel i EPL.
Resultaten har stor betydelse för radiobaserad rymdfysik och astronomi.
Artiklarna:
F. Tamburini, A. Sponselli, B. Thidé och J. T. Mendonca, “Photon orbital angular momentum and mass in a plasma vortex”, Europhys. Lett., 90 (4):45001(4), 4 June 2010; dx.doi.org/10.1209/0295-5075/90/45001.
Fabrizio Tamburini och Bo Thidé, “Storming Majorana’s Tower with OAM states of light in a plasma”, Europhys. Lett., 96 (6):64005, 15 December 2011; doi:10.1209/0295-5075/96/64005.
