Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В проекте были исследованы две пересекающиеся между собой задачи, первая из которых связана с поиском частиц новой физики (аксионов), а вторая посвящена исследованию нелинейностей вакуума при помощи радиочастотных электромагнитных мод большой интенсивности в сверхпроводящих резонаторах. Первая задача посвящена поиску оптимального дизайна эксперимента по поиску псевдоскалярных частиц новой физики - аксионов - с помощью двух резонаторов, разделенных непроницаемой для электромагнитного поля перегородкой. С помощью численных расчетов были исследованы различные конфигурации возможной установки. Так, для конфигурации установки из двух соосных цилиндров было численно получено оптимальное отношении радиуса резонатора к его длине. Получено, что более эффективной является комбинация длинных цилиндрических резонаторов, расположенных рядом боковыми поверхностями друг к другу. Кроме того, нами было показано, что оптимальным детектирующим резонатором должна быть сверхпроводящая электромагнитная полость. Вторая задача посвящена исследованию теоретической возможности резонансного усиления электромагнитных мод, генерируемых нелинейным эффектом в электродинамике Эйлера-Гейзенберга. А именно, была исследована возможность усиления третьей гармоники, индуцированной одной электромагнитной модой в радиочастотном резонаторе, а также генерации моды сигнала комбинированных частот, индуцированных двумя модами накачки (ω1 и ω2) в резонаторе. Решая неоднородные волновые уравнения для сигнальной моды, мы формулируем два резонансных условия для резонатора произвольной формы и применяем полученный формализм к линейным и прямоугольным резонаторам. Было явно показано, что третья гармоника, а также мода комбинированной частоты 2ω1+ω2 не усиливаются резонансно, в то время как сигнальная мода с частотой 2ω1−ω2 усиливается для определенной геометрии резонатора. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.105.013508 https://arxiv.org/abs/2110.04490 https://www.kommersant.ru/doc/5193189 https://rscf.ru/news/presidential-program/tretya-garmonika/

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За текущий отчётный период в проекте были исследованы несколько пересекающиеся между собой задач, связанных с поиском частиц новой физики (аксионов и тёмных фотонов) и вакуумной нелинейности, при помощи радиочастотных электромагнитных мод большой интенсивности в сверхпроводящих резонаторах, а также исследованием соответствующих процессов на квантовом уровне. В первой задаче мы исследовали несколько потенциальных способов поиска аксионоподобных частиц (АПЧ) с помощью установок типа "свет-сквозь-стену", состоящих из из двух радиочастотных резонаторов. В нашем исследовании мы сравниваем эффективность четырех установок, которые включают моды накачки резонатора и внешние магнитные поля, и определяем наиболее оптимальные из них. Кроме того, в нашей работе мы обсуждаем зависимость чувствительности установок по поиску АПЧ от взаимного расположения двух цилиндрических резонаторов, и от отношения их радиуса к длине. В следующей задаче была рассмотрена установка типа “свет-сквозь-стену” для поиска “тёмных фотонов” - векторных массивных частиц, связанных с обычными фотонами. В отличие от аксионоподобных частиц, для их рождения достаточно одной электромагнитной моды, что упрощает задачу. Мы рассчитали пространственное распределение плотности тёмных фотонов вне цилиндрического слоя-эмиттера для заданной низшей моды накачки эмиттера, и определили что максимальная плотность тёмных фотонов располагается в середине цилиндрического слоя. Мы рассчитали чувствительность эксперимента. Мы показали, что за счёт геометрического фактора чувствительность может быть на порядок лучше чем в эксперименте Dark-SRF. Далее, была исследована резонансная генерация гармоник высшего порядка в замкнутой полости в нелинейной электродинамике с точки зрения чистой квантовой теории поля. Были рассмотрены квантовые состояния электромагнитного поля в прямоугольной полости с проводящими граничными условиями, вычисляется сечение слияния трех квантов мод резонатора в один (процесс 3→1) и рассеяния двух квантов мод резонатора (процесс 2→2). Было показано, что амплитуда процесса слияния зануляется для полости с произвольным соотношением сторон, и представлено объяснение, основанное на разложении мод по плоским волнам. С другой стороны, показано, что для определенного соотношения сторон полости амплитуда рассеяния 2->2 оказывается ненулевой. Этот процесс является важнейшим элементарным процессом для генерации кванта гармоники высшего порядка с частотой 2ω1-ω2 при взаимодействии двух когерентных состояний мод полости с частотами ω1 и ω2. Для этого процесса мы рассчитываем среднее число квантов в конечном состоянии в модели с диссипацией, что подтверждает полученный ранее результат о резонансной генерации гармоник высшего порядка в рамках подхода эффективной теории поля