Dynamics of neutral and charged objects in gravitational fields coupled to nonlinear electrodynamics

• Applicant: Professor Dr. Claus Lämmerzahl
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2014 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 259042421

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Die Maxwellsche Theorie der klassischen Elektrodynamik im Vakuum ist eine der ältesten und am besten etablierten Theorien der theoretischen Physik. Es gibt aber einige Hinweise, dass sie für sehr starke Felder modifiziert werden muss. Solche sehr starken Felder können seit einiger Zeit im Labor hergestellt werden und wir vermuten, dass sie auch im Weltall existieren; so gibt es Hinweise, dass einige Neutronensterne, sogenannte Magnetare, von Magnetfeldern umgeben sind, die stärker sind als alle Magnetfelder, die wir im Labor herstellen können. In diesem Projekt wurde eine Klasse von Theorien untersucht, die geeignet sind, die klassische Elektrodynamik im Vakuum für sehr starke Felder zu ersetzen. Diese Klasse wurde von dem polnischen Physiker Jerzej Plebanski in den 1970er Jahren systematisch untersucht und wird deshalb nach ihm benannt. In diesem Projekt haben wir uns insbesondere mit der Frage beschäftigt, wie sich die Gesetze der Lichtausbreitung ändern, wenn man die Standard-Theorie der klassischen Elektrodynamik im Vakuum durch eine Theorie der Plebanski-Klasse ersetzt. Wir haben experimentelle Tests für Theorien dieser Klasse entwickelt und Kriterien aufgestellt, die gewährleisten, dass die Kausalitätsregeln der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie respektiert werden. Wir haben auch die Ausbreitung von polarisiertem Licht im Rahmen der nichtlinearen Elektrodynamik vom Plebanski-Typ untersucht und die allgemeinen Gleichungen hergeleitet, die den Transport der Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht beschreiben. Als mögliche Anwendungen in der Astrophysik haben wir Modelle von dunkler Materie im Rahmen der nichtlinearen Elektrodynamik untersucht.

Publications

• “Effects of non-linear vacuum electrodynamics on the polarization plane of light”
  V. Perlick, C. Lämmerzahl, A. Macías
  
• “Testing non-linear vacuum electrodynamics with Michelson interferometry” Phys. Rev. D 92, 025039 (2015)
  G. O. Schellstede, V. Perlick, C. Lämmerzahl
  
• “On causality in nonlinear vacuum electron dynamics of the Plebański class” Ann. Phys. (Berlin) 528, 738 (2016)
  G. O. Schellstede, V. Perlick, C. Lämmerzahl
  
• “Bose-Einstein condensates in charged black-hole spacetimes” J. Cosm. Astr. Phys. 01, 043 (2018)
  E. Castellanos, J. C. Degollado, C. Lämmerzahl, A. Macías, V. Perlick