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真空极化

量子场论里,尤其是量子电动力学,真空极化是一个在背景电磁场中产生电子正子虚粒子对的过程。产生的虚粒子对会改变原本电荷和电流的分布。有时这被视作规范玻色子光子)的自身能量(self 能量)。1997年,日本TRISTAN粒子加速器观测到真空极化的现象。

基本介绍

真空极化

vacuum polarization

粒子-真空相互作用的效应。按照近代物理学的观点,真空不是虚空,而是量子场系统的基态,具有复杂的结构。处于基态的量子场在不断地振动,具有零点振动能,且具有相互作用(包括自作用),真空中各种量子场不断地有各种虚粒子在产生、消失和转化。在某种意义上真空像是介质,类似于电磁学电场绝缘介质极化,真空与外电磁场的相互作用产生真空极化。真空极化反过来会影响粒子的性质,导致可观测的后果。氢原子能级的兰姆移位和电子的反常磁矩是其典型的两个实例。实验观测的结果与量子电动力学考虑真空极化效应的计算结果,在非常高的精度上完全符合一致,证实了真空极化效应。

由于量子涨落效应,宇宙会随机产生虚弦对,而当周围有一巨大的力场时(比如黑洞),会拆散虚弦对,产生真实粒子。这便是真空极化效应。

量子力学里,真空并不意味着没有任何场、粒子或能量。量子真空是一种能量为最低的状态,它只是被称作“真空”而已,实际上能量严格为零的状态是不可能存在的。

理论解释

根据量子场论,一个包含作用粒子的基态(或真空态)不单纯只是个空无一物的空间,它包含了存活时间很短的虚正反粒子对,从真空中产生并迅即彼此湮灭以归还能量。部分正反粒子对带有电荷,例如正负电子对。这类的粒子对会形成电偶极矩。在电磁场的作用下粒子对会产生位移,并且反过来影响电磁场,产生部分的遮蔽效应或介电质效应,因此场的作用会比原先预期的来得小。而这个虚粒子对转向的过程就是真空极化。

参考资料