Recent simulations show that very large electric and magnetic fields near the kilo tesla strength will likely be generated by ultra-intense lasers at existing facilities over distances of hundreds of microns in underdense plasmas. Even stronger ones are expected in the future although some technical difficulties must be overcome. In addition, it has been shown that vacuum exhibits a peculiar non-linear behaviour in the presence of high magnetic and electric field strengths. In this work, we are interested in the analysis of the thermodynamical contributions of vacuum to the energy density and pressure when radiation interacts with it in the presence of an external magnetic field. Using the Euler–Heisenberg formalism in the regime of weak fields i.e. smaller than critical quantum electrodynamics field strength values, we evaluate these magnitudes and analyse the highly anisotropic behaviour we find. Our work has implications for photon–photon scattering with lasers and astrophysically magnetized underdense systems far outside their surface where matter effects are increasingly negligible.
最近のシミュレーションにより、超高強度レーザーによって既存の施設において、低密度プラズマ中で数百ミクロンにわたってキロテスラ級の非常に大きな電場と磁場が生成される可能性が高いことが示されている。さらに強い場は、いくつかの技術的困難を克服しなければならないものの、将来的に期待されている。加えて、真空が強い磁場および電場の存在下で特異な非線形挙動を示すことが実証されている。本研究では、外部磁場の存在下で放射が真空と相互作用する際の、エネルギー密度と圧力に対する真空の熱力学的寄与の解析に焦点を当てる。オイラー・ハイゼンベルク形式を、臨界量子電磁力学場強度値よりも小さい弱場の領域で用いて、これらの量を評価し、我々が見出す高度に異方的な挙動を解析する。本研究は、レーザーを用いた光子-光子散乱や、物質の影響がますます無視できるようになる天体物理学的に磁化された低密度系の表面から遠く離れた領域に対して、重要な示唆を与えるものである。