Предел Швингера

В квантовой электродинамике (QED) предел Швингера представляет собой шкалу, над которой, как ожидается, электромагнитное поле станет нелинейным . Предел был впервые получен в одном из самых ранних теоретических успехов Кеда Фрица Саутера в 1931 году. ^{[ 1 ]} и обсудил далее Вернер Хейзенберг и его ученик Ханс Генрих Эйлер . ^{[ 2 ]} Предел, однако, обычно назван в литературе ^{[ 3 ]} Для Джулиана Швингера , который получил ведущие нелинейные исправления в поля и рассчитал скорость производства пары электрон -позитронов в сильном электрическом поле. ^{[ 4 ]} Ограничение обычно сообщается как максимальное электрическое поле или магнитное поле перед нелинейностью для вакуума

E_{\text{c}}={\frac {m_{\text{e}}^{2}c^{3}}{q_{\text{e}}\hbar }}\simeq 1.32\times 10^{18}\,\mathrm {V} /\mathrm {m}

B_{\text{c}}={\frac {m_{\text{e}}^{2}c^{2}}{q_{\text{e}}\hbar }}\simeq 4.41\times 10^{9}\,\mathrm {T} ,

Если m _E - масса электрона , C - это скорость света в вакууме, Q _E - элементарный заряд , а ħ - это пониженная постоянная Планка . Это огромные силы поля. Такое электрическое поле способно ускорить протоны от отдыха до максимальной энергии, достигнутой протонами на большом адронном коллайдере всего примерно в 5 микрометрах. Магнитное поле связано с двуметростью вакуума и превышается на магнитах .

В вакууме классические уравнения Максвелла являются совершенно линейными дифференциальными уравнениями . Это подразумевает - по принципу суперпозиции - что сумма любых двух решений уравнений Максвелла является еще одним решением уравнений Максвелла. Например, два пересекающихся луча света должны просто объединить свои электрические поля и пройти через друг друга. Таким образом, уравнения Максвелла предсказывают невозможность любого, кроме тривиального эластичного фотон -фотонного рассеяния . В QED, однако, неластическое фотон-фотонное рассеяние становится возможным, когда комбинированная энергия достаточно велика, чтобы спонтанно создавать пары виртуальных электронов-позитронов , иллюстрированные диаграммой Фейнмана на соседней фигуре. Это создает нелинейные эффекты, которые приблизительно описаны нелинейным вариантом уравнений Максвелла Эйлера и Гейзенберга .

Единой плоской волны недостаточно, чтобы вызвать нелинейные эффекты, даже в QED. ^{[ 4 ]} Основная причина этого заключается в том, что одна плоская волна данной энергии всегда может рассматриваться в другой эталонной раме , где она имеет меньшую энергию (то же самое относится к одному фотону). Один волна или фотон не имеет центральной рамки , где ее энергия должна быть минимальным значением. Тем не менее, два или два фотона, не движущихся в одном и том же направлении, всегда имеют минимальную комбинированную энергию в рамке в центре моменту, и именно эта энергия и сила электрического поля связаны с ней, определяют создание частиц-антипартий Связанные явления рассеяния.

Фотон -фотонное рассеяние и другие эффекты нелинейной оптики в вакууме являются активной областью экспериментальных исследований, причем текущая или запланированная технология начинает приближаться к пределу Швингера. ^{[ 5 ]} Это уже наблюдалось через неэластичные каналы в эксперименте 144 SLAC . ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Однако прямые эффекты упругого рассеяния не наблюдались. По состоянию на 2012 год наилучшее ограничение на поперечное сечение рассеяния фотон -фотонного рассеяния принадлежало PVLA , которое сообщалось о верхнем пределе намного выше уровня, предсказанного стандартной моделью . ^{[ 8 ]}

Предложения были сделаны для измерения упругого рассеяния света за светом с использованием сильных электромагнитных полей адронов, столкнувшихся в LHC . ^{[ 9 ]} В 2019 году эксперимент ATLAS в LHC объявил о первом окончательном наблюдении за фотон -фотонным рассеянием, наблюдаемое в столкновениях ионов свинца, которые приводили к 10 полям 10 ²⁵ V/M , в значительной степени превышает предел Швингера. ^{[ 10 ]} Наблюдение за поперечным сечением больше или меньше, чем предсказанное стандартной моделью, может означать новую физику, такую как аксионы , поиск которой является основной целью PVLA и несколько аналогичных экспериментов. Атлас наблюдал больше событий, чем ожидалось, потенциально свидетельствует о том, что поперечное сечение больше, чем предсказано стандартной моделью, но избыток еще не является статистически значимым. ^{[ 11 ]}

Запланированное, финансируемое экспонат ELI -Ultra High Field, который будет изучать свет на границе интенсивности, вероятно, останется намного ниже предела Швингера ^{[ 12 ]} Хотя все еще может быть возможно наблюдать некоторые нелинейные оптические эффекты. ^{[ 13 ]} Станция экстремального света (SEL) является еще одним строящимся лазерным объектом, которое должно быть достаточно мощным, чтобы наблюдать за этим эффектом. ^{[ 14 ]} Такой эксперимент, в котором ультра-интенсивный свет вызывает производство парных, в популярных СМИ было описано как создание « грыжи » в пространстве. ^{[ 15 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Ф. Саутер (1931). «О поведении электрона в гомогенном электрическом поле в соответствии с релятивистской теорией дираков». Журнал физики (на немецком языке). 69 (11–12) (82 -е изд.) (Опубликовано ноябрь 1931): 742–764. Bibcode : 1931zphy ... 69..742s . Doi : 10.1007/bf01339461 . ISSN 1434-6001 . S2CID 122120733 . Wikidata Q60698281 .
^ Вернер Хейзенберг ; Ганс Генрих Эйлер (1936). «Выводы из теории Позитрона Дирака». Журнал физики (на немецком языке). 98 (11–12) (98 -е изд.) (Опубликовано ноябрь 1936): 714–732. Bibcode : 1936zphy ... 98..714H . Doi : 10.1007/bf01343663 . ISSN 1434-6001 . S2CID 120354480 . Wikidata Q287944438 . Английский перевод
^ Марк Бьюкенен (2006). «Тезис: прошедший предел Швингера» . Природа Физика . 2 (11) (2 -е изд.) (Опубликовано ноябрь 2006 г.): 721. Bibcode : 2006natph ... 2..721b . doi : 10.1038/nphys448 . ISSN 1745-2473 . S2CID 119831515 . Wikidata Q63918589 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Дж. Швингер (1951). «О дайской инвариантности и вакуумной поляризации». Физический Преподобный 82 (5) (82 -е изд.) (Опубликовано в июне 1951 г.): 664–679. Bibcode : 1951phrv ... 82..664S . doi : 10.1103/physrev.82.664 . ISSN 0031-899X . ZBL 0043.42201 . Wikidata Q21709192 .
^ Степан С. Буланов; Тмур Эсиркепов; Александр Г. Томас; Джеймс К Кога; Сергей против Буланов (2010). «На достаточной достаточной достижимости Швингера с экстремальными силовыми лазерами». Физический Преподобный Летт 105 (22) (105 -е изд.) (Опубликовано 24 ноября 2010 г.): 220407. Arxiv : 1007.4306 . doi : 10.1103/physrevlett.105.220407 . ISSN 0031-9007 . PMID 21231373 . S2CID 36857911 . Wikidata Q27447776 .
^ C. Була; Кт Макдональд; EJ Prebys; и др. (1996). «Наблюдение нелинейных эффектов при рассеянии компон» . Физический Преподобный Летт 76 (17) (76 -е изд.) (Опубликовано 22 апреля 1996 г.): 3116–3119. Bibcode : 1996 phrvl..76.3116b . doi : 10.1103/physrevlett.76.3116 . ISSN 0031-9007 . PMID 10060879 . Wikidata Q27450530 .
^ C. Бамбер; SJ Boege; Т. Коффас; и др. (1999). «Исследования нелинейного QED в столкновениях 46,6 Гево -электронов с интенсивными лазерными импульсами». Физический Преподобный д . 60 (9) (60 -е изд.) (Опубликовано 8 октября 1999 г.): 092004. Bibcode : 1999 Phrvd..60i2004b . doi : 10.1103/physrevd.60.092004 . ISSN 1550-7998 . Wikidata Q27441586 .
^ Г. Заваттини; У. Гастальди; Р. Пинго; Г. Руозо; Ф. Делла Вэлле; Э. Милотти (20 июня 2012 г.). «Измерение магнитного двукратного отверждения вакуума: эксперимент PVLAS». Международный журнал современной физики а . 27 (15): 1260017. Arxiv : 1201.2309 . doi : 10.1142/s0217751x12600172 . ISSN 0217-751X . ZBL 1247.81603 . Wikidata Q625554414 .
^ Дэвид Д'Этеррия; Gustavo G Da Silveira (2013). «Наблюдая за легким рассеянием на большой коллайдер-адрон». Физический Преподобный Летт 111 (8) (111 -е изд.) (Опубликовано 22 августа 2013 г.): 080405. Arxiv : 1305.7142 . Bibcode : 2013 phrvl.111h0405d . doi : 10.1103/physrevlett.111.080405 . ISSN 0031-9007 . PMID 24010419 . S2CID 43797550 . Викидата Q85643997 .
^ Сотрудничество Атласа (17 марта 2019 г.). «Атлас наблюдает за светом рассеяние от света» .
^ Г. Аад; и др. (31 июля 2019 г.). «Наблюдение за световым рассеянием в ультраперерных столкновениях Pb+Pb с детектором Atlas». Письма о физическом обзоре . 123 (5): 052001. Arxiv : 1904.03536 . Bibcode : 2019 phrvl.123e2001a . doi : 10.1103/physrevlett.123.052001 . PMID 31491300 . S2CID 260811101 .
^ Heinzl, T. (2012). «QED сильного поля и лазеры с высокой мощностью» (PDF) . Международный журнал современной физики а . 27 (15). Arxiv : 1111.5192 . Bibcode : 2012ijmpa..2760010H . doi : 10.1142/s0217751x1260010x . S2CID 119198507 .
^ Gagik Yu Kryuchkyan; Карен З. Хэтсагортсайан (2011). «Брэгг рассеяние света в вакууме, структурированном сильными периодическими полями». Физический Преподобный Летт 107 (5) (107 -е изд.) (Опубликовано 27 июля 2011 г.): 053604. Arxiv : 1102.4013 . Bibcode : 2011 phrvl.107e3604k . doi : 10.1103/physrevlett.107.053604 . ISSN 0031-9007 . PMID 21867070 . S2CID 25991919 . Викидата Q27347258 .
^ Бербуша, Мериам. «Этот лазер может разорвать пустое пространство» . Форбс . Получено 2021-02-18 .
^ I. O'Neill (2011). "Лазер, чтобы дать вселенной грыжу?" Полем Discovery News. Архивировано с оригинала 3 ноября 2011 года.

[1] Ф. Саутер (1931). «О поведении электрона в гомогенном электрическом поле в соответствии с релятивистской теорией дираков». Журнал физики (на немецком языке). 69 (11–12) (82 -е изд.) (Опубликовано ноябрь 1931): 742–764. Bibcode : 1931zphy ... 69..742s . Doi : 10.1007/bf01339461 . ISSN 1434-6001 . S2CID 122120733 . Wikidata Q60698281 .

[2] Вернер Хейзенберг ; Ганс Генрих Эйлер (1936). «Выводы из теории Позитрона Дирака». Журнал физики (на немецком языке). 98 (11–12) (98 -е изд.) (Опубликовано ноябрь 1936): 714–732. Bibcode : 1936zphy ... 98..714H . Doi : 10.1007/bf01343663 . ISSN 1434-6001 . S2CID 120354480 . Wikidata Q287944438 . Английский перевод

[3] Марк Бьюкенен (2006). «Тезис: прошедший предел Швингера» . Природа Физика . 2 (11) (2 -е изд.) (Опубликовано ноябрь 2006 г.): 721. Bibcode : 2006natph ... 2..721b . doi : 10.1038/nphys448 . ISSN 1745-2473 . S2CID 119831515 . Wikidata Q63918589 .

[Schwinger-4] Jump up to: ^а ^{беременный} Дж. Швингер (1951). «О дайской инвариантности и вакуумной поляризации». Физический Преподобный 82 (5) (82 -е изд.) (Опубликовано в июне 1951 г.): 664–679. Bibcode : 1951phrv ... 82..664S . doi : 10.1103/physrev.82.664 . ISSN 0031-899X . ZBL 0043.42201 . Wikidata Q21709192 .

[5] Степан С. Буланов; Тмур Эсиркепов; Александр Г. Томас; Джеймс К Кога; Сергей против Буланов (2010). «На достаточной достаточной достижимости Швингера с экстремальными силовыми лазерами». Физический Преподобный Летт 105 (22) (105 -е изд.) (Опубликовано 24 ноября 2010 г.): 220407. Arxiv : 1007.4306 . doi : 10.1103/physrevlett.105.220407 . ISSN 0031-9007 . PMID 21231373 . S2CID 36857911 . Wikidata Q27447776 .

[6] C. Була; Кт Макдональд; EJ Prebys; и др. (1996). «Наблюдение нелинейных эффектов при рассеянии компон» . Физический Преподобный Летт 76 (17) (76 -е изд.) (Опубликовано 22 апреля 1996 г.): 3116–3119. Bibcode : 1996 phrvl..76.3116b . doi : 10.1103/physrevlett.76.3116 . ISSN 0031-9007 . PMID 10060879 . Wikidata Q27450530 .

[7] C. Бамбер; SJ Boege; Т. Коффас; и др. (1999). «Исследования нелинейного QED в столкновениях 46,6 Гево -электронов с интенсивными лазерными импульсами». Физический Преподобный д . 60 (9) (60 -е изд.) (Опубликовано 8 октября 1999 г.): 092004. Bibcode : 1999 Phrvd..60i2004b . doi : 10.1103/physrevd.60.092004 . ISSN 1550-7998 . Wikidata Q27441586 .

[8] Г. Заваттини; У. Гастальди; Р. Пинго; Г. Руозо; Ф. Делла Вэлле; Э. Милотти (20 июня 2012 г.). «Измерение магнитного двукратного отверждения вакуума: эксперимент PVLAS». Международный журнал современной физики а . 27 (15): 1260017. Arxiv : 1201.2309 . doi : 10.1142/s0217751x12600172 . ISSN 0217-751X . ZBL 1247.81603 . Wikidata Q625554414 .

[9] Дэвид Д'Этеррия; Gustavo G Da Silveira (2013). «Наблюдая за легким рассеянием на большой коллайдер-адрон». Физический Преподобный Летт 111 (8) (111 -е изд.) (Опубликовано 22 августа 2013 г.): 080405. Arxiv : 1305.7142 . Bibcode : 2013 phrvl.111h0405d . doi : 10.1103/physrevlett.111.080405 . ISSN 0031-9007 . PMID 24010419 . S2CID 43797550 . Викидата Q85643997 .

[10] Сотрудничество Атласа (17 марта 2019 г.). «Атлас наблюдает за светом рассеяние от света» .

[11] Г. Аад; и др. (31 июля 2019 г.). «Наблюдение за световым рассеянием в ультраперерных столкновениях Pb+Pb с детектором Atlas». Письма о физическом обзоре . 123 (5): 052001. Arxiv : 1904.03536 . Bibcode : 2019 phrvl.123e2001a . doi : 10.1103/physrevlett.123.052001 . PMID 31491300 . S2CID 260811101 .

[12] Heinzl, T. (2012). «QED сильного поля и лазеры с высокой мощностью» (PDF) . Международный журнал современной физики а . 27 (15). Arxiv : 1111.5192 . Bibcode : 2012ijmpa..2760010H . doi : 10.1142/s0217751x1260010x . S2CID 119198507 .

[13] Gagik Yu Kryuchkyan; Карен З. Хэтсагортсайан (2011). «Брэгг рассеяние света в вакууме, структурированном сильными периодическими полями». Физический Преподобный Летт 107 (5) (107 -е изд.) (Опубликовано 27 июля 2011 г.): 053604. Arxiv : 1102.4013 . Bibcode : 2011 phrvl.107e3604k . doi : 10.1103/physrevlett.107.053604 . ISSN 0031-9007 . PMID 21867070 . S2CID 25991919 . Викидата Q27347258 .

[14] Бербуша, Мериам. «Этот лазер может разорвать пустое пространство» . Форбс . Получено 2021-02-18 .

[15] I. O'Neill (2011). "Лазер, чтобы дать вселенной грыжу?" Полем Discovery News. Архивировано с оригинала 3 ноября 2011 года.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

v Т и Квантовая электродинамика
Формализм	Эйлер - Хейсенберг Лагранжский Диаграмма Фейнмана Гупта -бледный формализм Интегральная формулировка пути
Частицы	Двойной фотон Электрон Faddeev - Попов Призрак Фотон Позитрон Позитрон Виртуальные частицы
Концепции	Аномальный магнитный дипольный момент Теорема Фурри Формула Кляйна Ландау полюс Быть вакуумом Самоуничиясь Предел Швингера Потенциал уэлинг Вакуумная поляризация Функция вершины Уорд -Такахаши идентичность
Процессы	Бхабха рассеяние Breit - Wheeler Process Тормозное радиация Комптон рассеяние Delbrück Scatatering Смену ягненка Møller Scattering Эффект Швингера Фотон-фотонное рассеяние
Смотрите также: Шаблон: квантовые механики темы