Создание пар частица-античастица

Я читал некоторые заметки о QFT, и есть один момент, который я не понимаю, они оправдывают, почему нам нужна QFT, говоря, что количество частиц не сохраняется, когда мы рассматриваем специальную теорию относительности.

Например, если частица находится в ящике со стороной л , то по принципу Гейзенберга: Δ п ≥ час / л а потом Δ Е ≥ час с / л . Но когда Δ Е > 2 м с 2 может произойти создание частицы-античастицы из вакуума.

Я не понимаю, почему неопределенность знания энергии частицы внутри ящика подразумевает создание частиц вакуумом. Я имею в виду, почему частица и вакуум как-то связаны?

Состояние с энергией Е обычно это многочастичное состояние с частицами и античастицами. Только если эта энергия достаточно мала, ее можно привести к одночастичному или бесчастичному (вакуумному) состоянию.
Количество частиц не может быть сохранено, потому что каузальное поведение требует микролокальности, которую невозможно реализовать без античастиц. Сохраняется лептонное число (число электронов минус число позитронов). Но это не имеет ничего общего с вакуумом.

Ответы (3)

Измеримые пары частица-античастица никогда не создаются из вакуума, а только из других частиц или [править] из внешних полей. (Сечение для создания чего-либо из состояния вакуума, кроме самого вакуума, точно равно нулю.)

Ссылка на создание из вакуума относится только к неизмеримым виртуальным частицам, которые представляют собой визуальную мнемонику для линий на так называемой диаграмме Фейнмана, кодируя члены ряда возмущений для вычисления реальных процессов рассеяния. См. https://physics.stackexchange.com/a/22064/7924 и главу A8: Виртуальные частицы и флуктуации вакуума моего часто задаваемых вопросов по теоретической физике на http://arnold-neumaier.at/physfaq/physics-faq.html .

Электронная петля на диаграмме Фейнмана может быть интерпретирована как создание виртуальной пары электрон-антиэлектрон из вакуума, а затем снова распадающейся в вакуум. Те, кто верят, что виртуальные частицы имеют какое-то реальное существование, затем добавляют виртуальные вербальные образы, включающие флуктуации вакуума и отношение неопределенности, чтобы «объяснить» такое нефизическое поведение.

Создание виртуальных частиц требуется, когда у вас есть коробка, так как вы возмущаете вакуум внешним источником. Это не эксперимент по рассеянию, где можно положить все на скорлупу. Это не мнение, и перестаньте называть это "интерпретацией" или "словесным образом", это промежуточные состояния в квантовом описании поля, это фоковское пространство.
@RonMaimon: Если вакуум возмущается внешним источником, частицы создаются из этого источника, а не из вакуума. - Промежуточные состояния, интегрированные в пертурбативном расчете, находятся вне оболочки, следовательно, не в фоковском пространстве. У них нет связанной волновой функции. Придется доказывать обратное ссылкой.
вы путаете ковариант и старую теорию возмущений. В старой теории возмущений виртуальные частицы находятся на оболочке, но их энергия не сохраняется. Это гамильтонова картина, картина нестационарной теории возмущений. Это математически асимптотически эквивалентно ковариантной теории возмущений, в которой частицы находятся вне оболочки. Я нахожу интуитивное обсуждение виртуальных вещей более простым в старой теории возмущений, хотя вычисления проще в современной ковариантной форме.
@RonMaimon: Вы забыли сказать, как вы связываете состояние Фока с частицей вне оболочки, что, как вы утверждали, не является мнением, а следовательно, должно быть математическим утверждением.
Описание пространства Фока и гамильтонианы поля никогда не имеют внеоболочечной частицы . Они имеют на оболочке виртуальные частицы . Промежуточные состояния находятся на оболочке, но не сохраняют энергию. Это связано с тем, что гамильтониан определен во всем пространстве, но между двумя соседними срезами во времени. Ковариантный формализм использует локальные пути частиц и сохраняет энергию и импульс, но вводит условие вне оболочки.
@RonMaimon: Мы согласны с вашим первым предложением. Но, пожалуйста, дайте респектабельную ссылку на понятие виртуальных частиц на оболочке. Насколько мне известно, нерелятивистская частица во внешнем поле никогда не считается виртуальной, независимо от пертурбативной обработки. То же самое верно для двух нерелятивистских частиц во внешнем поле или системы (одной или двух) частиц с нерелятивистским взаимодействием, которое может изменить число частиц. Что же должно измениться при переходе к релятивистскому случаю?
это виртуально, если энергия не сохраняется --- это теория возмущений, зависящая от времени. Я не могу указать источник, но вот как это работает: если вы возмущаете свободную частицу с потенциалом, не зависящим от времени, у вас есть матричные элементы H(t) между состояниями k и k', а сохранение энергии всего лишь асимптотически, когда срабатывает золотое правило Ферми. Промежуточные k-состояния называются виртуальными. Виртуальные частицы - это состояния без сохранения энергии пространства Фока между входом и выходом, это устаревшая теория возмущений.

Этот эвристический аргумент просто указывает на то, что в маленьком ящике вы не можете с уверенностью сказать, что у вас есть только одна частица, потому что стенки ящика позволяют частице колебаться в различных количествах частиц, поэтому идея «всего одного частица» несовместима с идеей «у меня есть ящик, который ограничивает частицы».

Это коробка создает новые частицы, потому что частица отскакивает от стен. Вы не можете иметь частицу, отскакивающую от стены с большей резкостью, чем длина волны Комптона (обратная масса в натуральных единицах), и гарантировать, что она останется одной частицей. Взаимодействие частицы и внешнего потенциала всегда приводит к рождению пар.

Причина этого в том, что частицы всегда распространяются быстрее света, потому что энергия всегда положительна. Не существует нулевых функций вне будущего светового конуса, чьи преобразования Фурье отличны от нуля только при положительной энергии. Этот математический факт был объяснен Дайсоном и популяризирован в лекциях Дирака Фейнмана 1986 года: частица всегда должна иметь возможность двигаться быстрее скорости света.

Это значит, что если у вас есть стена, которая отклоняет частицу, и вы поставите частицу далеко, то она начнет отклонять частицу раньше, чем частица успеет добраться до стенки! Но для того, чтобы не нарушать причинно-следственную связь, для этого требуется, чтобы стена уже отклоняла что-то еще, когда нет лишней частицы, и это отклонение чего-то еще является виртуальным веществом частица-античастица, присутствующим в вакууме. Если вы измерите то, что происходит на стенке за время, меньшее, чем время распространения до стенки, вы не сможете сказать, отражается ли это частица или вакуумные флуктуации, так восстанавливается причинность.

Математическое утверждение, которое кодирует это, — микропричинность, что полевые операторы коммутируют при пространственно-подобном разделении.

Состояния квантовой теории поля таковы: у вас есть набор различных позиций или импульсов. В каждой позиции у вас может быть 0,1,2,3,4... частицы (представьте, что позиции/импульсы дискретны и имеют конечный объем) в случае бозонов или 0,1 частица в случае фермионов. Когда квантовые амплитуды этого состояния флуктуируют во времени (как это всегда происходит в гамильтоновом формализме), вы говорите, что перед вами старые виртуальные частицы. Это можно переписать в ковариантном формализме, и тогда виртуальные частицы обретают другой релятивистски-инвариантный язык, но источником картины виртуальных частиц является старомодная теория возмущений.

Тогда утверждение о том, что существуют виртуальные частицы, является утверждением о том, что могут быть смеси состояний с разным числом частиц. Это неизбежно, когда у вас есть потенциальный ящик, локализующий частицы, потому что потенциал, который может отклонять частицы, также может создавать пары.

Так что частицы создаются из коробки, а не из вакуума! - Полевые операторы воздействуют только на состояния оболочки, а не на виртуальные частицы. Микропричинность гарантирует, что ничто не распространяется быстрее света. Смеси физических состояний различных частиц по-прежнему полностью находятся на оболочке и не содержат виртуальных (внеоболочечных) частиц!
@ArnoldNeumaier: Вопрос о коробке --- конечно, частицы не создаются из вакуума, но это только потому, что вакуум - это нелокально определенный объект без частиц (по определению). Когда люди говорят, что «частицы выскакивают из вакуума», они имеют в виду, что локальное измерение с помощью внешнего поля, способное обнаружить частицу, также обязательно способно ошибочно обнаружить частицу, когда она находится в другом вакууме.

В статье Колози и Ровелли , которую я прочитал, может быть еще один интересный ответ на этот вопрос.

Рассмотрим пространство, разделенное (произвольно) на две области. р 1 и р 2 . Глобальный вакуум Фока находится путем решения глобального гамильтониана, который включает возможные корреляции между областями. Локальный детектор в регионе р 1 подчиняется локальному гамильтониану ЧАС 1 и, следовательно, имеет локальный вакуум | 0 ⟩ 1 который не обязательно должен совпадать с глобальным вакуумом Фока.

Колози и Ровелли показывают, что эти два вакуума различны и что вы действительно можете обнаружить локальную частицу, когда вы на самом деле находитесь в (глобальном) вакууме Фока. Таким образом, в дополнение к последнему комментарию Рона Маймона (7 октября 2012 г.) локальный измерительный прибор, управляемый локальным гамильтонианом, может измерять частицы, когда вы иначе подумали бы, что находитесь в вакууме.

Создание пар частица-античастица
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v