Schwingerův efekt - Schwinger effect

V přítomnosti silného, konstantního elektrického pole, elektronů,

{displaystyle e ^ {-}}

a pozitrony,

{displaystyle e ^ {+}}

, budou spontánně vytvořeny.

The Schwingerův efekt je předpovídaný fyzikální jev, při kterém je hmota vytvářena silným elektrickým polem. To je také označováno jako Sauter – Schwingerův efekt, Schwingerův mechanismusnebo Výroba párů Schwinger. Je to předpověď kvantová elektrodynamika (QED), ve kterém jsou páry elektronů a pozitronů spontánně vytvářeny v přítomnosti elektrického pole, což způsobuje rozpad elektrického pole. Efekt původně navrhl Fritz Sauter v roce 1931^[1] a další důležité práce provedla Werner Heisenberg a Hans Heinrich Euler v roce 1936^[2], ačkoli to nebylo až do roku 1951, kdy Julian Schwinger poskytl úplný teoretický popis ^[3].

Matematický popis

Produkce dvojice Schwinger v konstantním elektrickém poli probíhá při konstantní rychlosti na jednotku objemu, běžně označované jako ${displaystyle Gamma}$ . Sazbu nejprve vypočítal Schwinger^[3] a na předním pořadí v ${displaystyle e ^ {2}}$ , čtverec náboje elektronu, se rovná

{displaystyle Gamma = {frac {(eE) ^ {2}} {4pi ^ {3} chbar ^ {2}}} součet _ {n = 1} ^ {infty} {frac {1} {n ^ {2} }} mathrm {e} ^ {- {frac {pi m ^ {2} c ^ {3} n} {eEhbar}}}}

kde ${displaystyle m}$ je hmotnost elektronu a ${displaystyle E}$ je síla elektrického pole. Tento vzorec nelze rozšířit v Taylorově řadě v ${displaystyle e ^ {2}}$ , zobrazující neporušující povaha tohoto účinku. Ve smyslu Feynmanovy diagramy, lze odvodit rychlost výroby párů Schwinger sečtením nekonečné sady diagramů zobrazených níže, obsahujících jednu elektronovou smyčku a libovolný počet vnějších fotonových ramen, každé s nulovou energií.

Nekonečná sada Feynmanových diagramů relevantních pro produkci párů Schwinger.

Experimentální vyhlídky

Efekt Schwinger nebyl nikdy pozorován kvůli extrémně silným silám požadovaného elektrického pole. Výroba párů probíhá exponenciálně pomalu, když je intenzita elektrického pole mnohem nižší než Schwingerův limit, což odpovídá přibližně ${displaystyle 10 ^ {18}, mathrm {V} / mathrm {m}}$ . U současných a plánovaných laserových zařízení se jedná o neuvěřitelně silnou sílu elektrického pole, proto byly navrženy různé mechanismy pro urychlení procesu a tím snížení síly elektrického pole potřebného pro jeho pozorování.

Míra produkce párů může být významně zvýšena v časově závislých elektrických polích ^[4]^[5]^[6], a jako takový je sledován vysoce intenzivními laserovými experimenty, jako je Extrémní lehká infrastruktura ^[7]. Další možností je zahrnout vysoce nabité jádro, které samo produkuje silné elektrické pole ^[8].

Viz také

Reference

^ F. Sauter, „Über das Verhalten eines Elektrons im homogenen elektrischen Feld nach der relativistischen Theorie Diracs“, Zeitschrift für Physik, 82 (1931), str. 742–764. doi:10.1007 / BF01339461
^ W. Heisenberg a H. Euler, „Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons“, Zeitschrift für Physik, 98 (1936), str. 714-732. doi:10.1007 / BF01343663 anglický překlad
^ ^A ^b J. Schwinger, "On Invariance Gauge a vakuová polarizace", Phys. Rev.,82 (1951), str. 664–679. doi:10.1103 / PhysRev.82.664
^ Brezin, E. a C. Itzykson. "Spárujte výrobu ve vakuu se střídavým polem." Fyzický přehled D 2(7) (1970) 1191doi:10.1103 / PhysRevD.2.1191
^ Ringwald, Andreas. „Spárujte výrobu z vakua se zaměřením elektronového laseru bez rentgenového záření.“ Fyzikální písmena B 510.1-4 (2001): 107-116.doi:10.1016 / S0370-2693 (01) 00496-8
^ Popov, Vladimir Stepanovič. „Schwingerův mechanismus výroby párů elektronů a pozitronů polem optických a rentgenových laserů ve vakuu.“ Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters 74.3 (2001): 133-138.doi:10.1134/1.1410216
^ I. C. E. Turcu; et al. (2016). „Fyzika vysokého pole a experimenty QED na ELI-NP“ (PDF). Rumunské zprávy z fyziky. 68: S145-S231.
^ Müller, C .; Voitkiv, A. B .; Grün, N. (2003-06-24). "Diferenční rychlosti pro produkci párů fotonů ultrarelativistickým jádrem, které koliduje s intenzivním laserovým paprskem". Fyzický přehled A. Americká fyzická společnost (APS). 67 (6): 063407. doi:10.1103 / physreva.67.063407. ISSN 1050-2947.

[1] F. Sauter, „Über das Verhalten eines Elektrons im homogenen elektrischen Feld nach der relativistischen Theorie Diracs“, Zeitschrift für Physik, 82 (1931), str. 742–764. doi:10.1007 / BF01339461

[2] W. Heisenberg a H. Euler, „Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons“, Zeitschrift für Physik, 98 (1936), str. 714-732. doi:10.1007 / BF01343663 anglický překlad

[Schwinger-3] A ^b J. Schwinger, "On Invariance Gauge a vakuová polarizace", Phys. Rev.,82 (1951), str. 664–679. doi:10.1103 / PhysRev.82.664

[4] Brezin, E. a C. Itzykson. "Spárujte výrobu ve vakuu se střídavým polem." Fyzický přehled D 2(7) (1970) 1191doi:10.1103 / PhysRevD.2.1191

[5] Ringwald, Andreas. „Spárujte výrobu z vakua se zaměřením elektronového laseru bez rentgenového záření.“ Fyzikální písmena B 510.1-4 (2001): 107-116.doi:10.1016 / S0370-2693 (01) 00496-8

[6] Popov, Vladimir Stepanovič. „Schwingerův mechanismus výroby párů elektronů a pozitronů polem optických a rentgenových laserů ve vakuu.“ Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters 74.3 (2001): 133-138.doi:10.1134/1.1410216

[7] I. C. E. Turcu; et al. (2016). „Fyzika vysokého pole a experimenty QED na ELI-NP“ (PDF). Rumunské zprávy z fyziky. 68: S145-S231.

[8] Müller, C .; Voitkiv, A. B .; Grün, N. (2003-06-24). "Diferenční rychlosti pro produkci párů fotonů ultrarelativistickým jádrem, které koliduje s intenzivním laserovým paprskem". Fyzický přehled A. Americká fyzická společnost (APS). 67 (6): 063407. doi:10.1103 / physreva.67.063407. ISSN 1050-2947.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]