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施温格效应

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施温格效应(Schwinger effect),施温格机制(Schwinger mechanism),或称为施温格电子对生成(Schwinger pair production),是描述物质由强电场产生的物理现象预测。在量子电动力学中,其预测了在电场中,电子-正电子对自发地产生,从而导致电场的衰减。最初由弗里茨索特英语Fritz Sauter于1931年提出[1],而重要工作由维尔纳·海森堡汉斯·海因里希·欧拉英语Hans Heinrich Euler于1936年进行进一步拓展[2],尽管直到1951年朱利安·施温格才给出完整的理论描述。

数学描述

恒定恒定电场中,施温格电子对生成于产生自匀速标幺值,通常记作。该值最先由施温格计算得出[3],带有系数,电子所带电荷量等于

其中是电子的质量,是电场强度。此方程式不能在作泰勒级数展开,这表明施温格效应具有非微扰的性质。根据费曼图,可以通过将如下图中所示的无限多组费曼图进行相加。图中一个圆圈表示电子,圆圈上的波浪形“尾巴”代表带有任意数量的光子的电子,每个光子都不带能量。

无限多组与施温格电子对生成相关的费曼图。

实验前景

由于对强电场的强度要求严苛,施温格效应从未被实验观测过。当电场强度远远低于施温格限制(相当于大约为)时,电子对生成会变得指数地减缓。以现有设计的激光设备,这种电场强度是无法实现的,因此有众多不同的解决途径被提出以加快进程从而为实验观察而降低对电场强度的要求。

参考文献

  1. ^ Sauter, Fritz. Über das Verhalten eines Elektrons im homogenen elektrischen Feld nach der relativistischen Theorie Diracs. Zeitschrift für Physik. 1931-11-01, 69 (11): 742–764. ISSN 0044-3328. doi:10.1007/BF01339461 (德语). 
  2. ^ Heisenberg, W.; Euler, H. Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons. Zeitschrift für Physik. 1936-11-01, 98 (11): 714–732. ISSN 0044-3328. doi:10.1007/BF01343663 (德语). 
  3. ^ Schwinger, Julian. On Gauge Invariance and Vacuum Polarization. Physical Review. 1951-06-01, 82 (5): 664–679. doi:10.1103/PhysRev.82.664. 
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