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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