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真空极化
✍ dations ◷ 2025-08-08 15:50:09 #真空极化
在量子场论里,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 energy)。1997年,日本TRISTAN粒子加速器观测到真空极化的现象。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虚正反粒子对,从真空中产生并彼此湮灭。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。
(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。正反费米子对的一圈图对于真空极化的贡献表示成下图:真空极化在数学上量化成真空极化张量
Π
μ
ν
(
p
)
{displaystyle Pi _{mu nu }(p)}
来描述介电质效应,其中
Π
μ
ν
(
p
)
{displaystyle Pi _{mu nu }(p)}
是光子四动量
p
{displaystyle p}
的函数。
因此,真空极化与传递的动量有关。
换句话说,电容率的大小与尺度是相关的。
以电磁作用而言,我们可将精细结构常数表示成一个动量相关的有效值。
在第一阶修正,我们得到:式子中
Π
μ
ν
(
p
)
=
(
p
2
g
μ
ν
−
p
μ
ν
)
Π
(
p
2
)
{displaystyle Pi _{mu nu }(p)=(p^{2}g_{mu nu }-p_{mu }nu )Pi (p^{2})}
,
下标
2
{displaystyle 2}
表示一阶-
e
2
{displaystyle e^{2}}
修正。
由于沃德等式(Ward identity),张量
Π
μ
ν
(
p
)
{displaystyle Pi _{mu nu }(p)}
的组成被固定。
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