Эффект Швингера - Schwinger effect

В присутствии сильного постоянного электрического поля электроны ${displaystyle e ^ {-}}$, и позитроны, ${displaystyle e ^ {+}}$, будут созданы спонтанно.

В Эффект Швингера предсказанное физическое явление, при котором материя создается сильным электрическим полем. Его также называют Эффект Заутера – Швингера, Механизм Швингера, или же Производство пар Швингера. Это предсказание квантовая электродинамика (QED), в котором электронно-позитронные пары спонтанно создаются в присутствии электрического поля, тем самым вызывая распад электрического поля. Эффект был первоначально предложен Фриц Заутер в 1931 г.^[1] и дальнейшая важная работа была проделана Вернер Гейзенберг и Ганс Генрих Эйлер в 1936 г.^[2], хотя только в 1951 г. Джулиан Швингер дал полное теоретическое описание ^[3].

Математическое описание

Образование пар Швингера в постоянном электрическом поле происходит с постоянной скоростью на единицу объема, обычно называемой ${displaystyle Gamma}$. Ставка была впервые рассчитана Швингером.^[3] и в ведущем порядке в ${displaystyle e ^ {2}}$, квадрат заряда электрона равен

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

куда ${displaystyle m}$ - масса электрона и ${displaystyle E}$ - напряженность электрического поля. Эту формулу нельзя разложить в ряд Тейлора в ${displaystyle e ^ {2}}$, показывая непертурбативный характер этого эффекта. С точки зрения Диаграммы Фейнмана, можно получить скорость образования пар Швингера, суммируя бесконечный набор диаграмм, показанных ниже, содержащих одну электронную петлю и любое количество внешних фотонных ветвей, каждая с нулевой энергией.

Бесконечный набор диаграмм Фейнмана, релевантных для рождения пар Швингера.

Экспериментальные перспективы

Эффект Швингера никогда не наблюдался из-за необходимости чрезвычайно сильного электрического поля. Образование пар происходит экспоненциально медленно, когда напряженность электрического поля намного ниже Предел Швингера, что примерно соответствует ${displaystyle 10 ^ {18}, mathrm {V} / mathrm {m}}$. С существующими и планируемыми лазерными установками это невероятно высокая напряженность электрического поля, поэтому были предложены различные механизмы для ускорения процесса и, таким образом, уменьшения напряженности электрического поля, необходимого для его наблюдения.

Скорость образования пар может быть значительно увеличена в электрических полях, зависящих от времени. ^[4][5][6], и, как таковой, преследуется высокоинтенсивными лазерными экспериментами, такими как Инфраструктура Extreme Light ^[7]. Другая возможность - включить сильно заряженное ядро, которое само создает сильное электрическое поле. ^[8].

Смотрите также

• Предел Швингера
• Поляризация вакуума

Рекомендации