Propagación del fotón en un campo magnético

Abstract

Este trabajo se basa en la el estudio de las propiedades del operador de polarización de la electrodinámica cuántica (QED) en un campo magnético externo, calculado en la aproximación de un lazo para un medio y para el vacío. Se demuestra que el momento magnético anómalo del fotón, introducido como una magnitud escalar en “Propiedades paramagnéticas del fotón y del vacío cuántico” (Premio ACC 2009), tiene un carácter tensorial y es proporcional al tensor del campo electromagnético externo. A partir de una expresión aproximada para los valores propios del operador polarización, se obtienen soluciones analíticas para el momento magnético de fotón, válidas para pequeños momentos y/o campos magnéticos intensos. Se analizan además algunas consecuencias físicas de la existencia de un momento magnético anómalo para el fotón observable. Una de ellas es que un gas de fotones tendría una magnetización no nula y ésta podría ser del orden del campo magnético externo para densidades suficientemente altas, lo cual conduciría a la auto magnetización del sistema. Además, se examina la posibilidad de decaimiento del vacío de la electrodinámica cuántica en la región de absorción (más allá del primer umbral para la creación de pares electrón-positrón), para campos magnéticos muy intensos. Se reinterpreta el paramagnetismo del fotón como un corrimiento al rojo magnético, en analogía con el conocido efecto gravitacional. Se estudia la rotación del vector de polarización de la luz en un medio relativista en dos casos: los efectos Faraday y Cotton-Mouton. El primero se produce cuando el medio no es invariante ante la conjugación de carga y el segundo se debe al rompimiento de la simetría espacial en el medio. Se calcula también el ángulo de rotación de Faraday para un sistema de fermiones relativistas sin masa (2 + 1) dimensional (tipo grafeno), mediante una compactificación a lo largo de la dimensión paralela al campo magnético. Se derivan las expresiones para las componentes del tensor de conductividad dinámico y estático para el caso de propagación del fotón en la dirección paralela al campo magnético externo y se demuestra la relación entre el efecto Faraday y efecto Hall cuántico (QHE) en (3+1) y (2+1) dimensiones. Los resultados científicos que se presentan han sido publicados en 5 revistas especializadas de alto impacto (7 artículos) y presentados en 10 eventos internacionales de reconocido prestigio. Una parte de éstos conforman 1 tesis de Maestría.