Согласно теории дырки Дирака мы знаем, что море Дирака полностью заполнено отрицательной энергией, называемой вакуумом. Нам понадобится или больше, чтобы получить электрон и позитрон падающим фотоном.
Теперь мой вопрос: почему электрон не может упасть в море ? Является ли причина симметрии углового момента, и если электрон упадет на море Дирака, то закон сохранения будет нарушен?
Нет.
Прежде всего, следует быть осторожным с морем Дирака, то, как вы его описываете, не годится. Когда Дирак думал о своем уравнении, я могу себе представить, что идеальная картина для него была бы такой: существует уравнение, которое является лоренц-инвариантным, допускает положительно определенную сохраняющуюся плотность и т. д. и дает только состояния с положительной энергией (= решения) .
Однако оказывается, что уравнение Дирака для каждого состояния с положительной энергией имеет соответствующее состояние с отрицательной энергией. Поэтому можно представить, что электрон «падает» вниз и занимает состояние с отрицательной энергией. Это, однако, физически бессмысленно, поэтому существует идея моря Дирака, которая гласит:
В вакууме все состояния с отрицательной энергией заняты невидимыми электронами.
В соответствии с принципом запрета Паули это означает, что если к этому вакууму добавить настоящий электрон с положительной энергией, он не сможет упасть в отрицательные состояния, потому что места не осталось . Эти невидимые электроны с отрицательной энергией называются морем Дирака.
Теперь электрон из моря Дирака может выскочить в некоторое положительное энергетическое состояние, если мы обеспечим его достаточной энергией (и здесь вы правы, щель составляет ). Теперь есть электрон с положительной энергией и дыра в море Дирака. Эта дырка ведет себя как реальная частица и отождествляется с позитроном. Это процесс производство.
Итак, когда в море Дирака теперь есть вакантное состояние, электрон может упасть в это состояние. Это выглядит как одновременное исчезновение электрона и позитрона (свободное место) и называется уничтожение. Энергия, которую теряет электрон, высвобождается в виде двух фотонов.
Свойство невидимости этих электронов моря Дирака также естественно, поскольку, если взаимодействие чего-либо с электроном моря Дирака нетривиально (приводит к наблюдаемым эффектам), оно должно изменить состояние электрона. Однако все состояния с отрицательной энергией, кроме нескольких, заняты. Таким образом, этому электрону некуда перейти, кроме как в положительное энергетическое состояние ( образование) или вакантное состояние (и это наблюдается как взаимодействие позитрона). Тем не менее, эта картина довольно махровая, и в КТП проблема решается простым переименованием некоторых операторов, что гораздо более формально и убедительно.
Physics_guy