电场屏蔽

电场屏蔽，是一种存在于由带电粒子构成的流体中的物理现象。在由带电粒子构成的流体中，比如等离子体、半导体、或金属中的自由电子群，由于其内里各颗运动中的带电粒子带有电磁场，这些带电粒子会互相干扰，导致物质的总体电场衰减，并在大尺度上形成屏蔽效应。在由带电粒子构成的流体中，每一对粒子之间都是通过库伦力而发生相互作用的： F = q 1 q 2 4 π ε 0 | r | 2 r ^ {displaystyle F={frac {q_{1}q_{2}}{4pi varepsilon _{0}|r|^{2}}}{hat {r}}}这种相互作用的引入使得从理论上处理这种流体变得困难。例如，对基态能量密度的初步量子力学计算将会得到无穷大，而这是不合理的。出现这个问题的原因是，尽管库伦力是随着距离做 1 r 2 {displaystyle {frac {1}{r^{2}}}} 衰减，在 r {displaystyle r} 处的粒子平均数密度是正比于 r 2 {displaystyle r^{2}} 的，假定流体是各向同性的。作为其结果，在远处的任意一个点处电荷涨落都会有不可忽略的贡献。实际上，这些长程效应将会部分的被流体粒子的电荷所压制，从而形成一个短程的屏蔽的库伦相互作用。例如，考虑一个有电子组成的流体。每个电子都有电场，都会排斥其他的电子。作为其结果，该电子所处的区域其电子密度是小于一般情况的。 这个区域实际上可以被看做是一个正电荷屏蔽空穴来处理。从远处来看，这个屏蔽的空穴有一个抵消由其他电子产生电场的正电荷的效果。只有在短程的时候，也就是在空穴区域以内，电子的电场才可以被探测到。