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Das Diraczee ist ein theoretisches Modell der Vakuum wie ein unendliches Meer von Partikeln mit Negativ Energie. Sie ist drin 1930 eingegeben von der britischPhysikerPaul Dirac als Erklärung für die Anomalie Quantenzustände mit negativer Energie, vorhergesagt von der Dirac-Vergleich vor dem relativistischElektronen. Es Positron, es Antiteilchen des Elektrons, wurde ursprünglich als Loch im Dirac-Meer vor seiner ersten Beobachtung in 1932.
Ursprung
Der Ursprung des Dirac-Meeres liegt im Energiespektrum der Dirac-Gleichung, in 1928 gegründet von Dirac als Verein der Schrödinger-Gleichung und der spezielle Relativitätstheorie. Obwohl diese Gleichung bei der Beschreibung der Dynamik von Elektronen sehr erfolgreich war, gab es eine seltsame Eigenschaft: für jeden Quantenzustand mit positiver Energie E war ein mit Energie assoziierter Zustand -E. Dies stellt kein Problem dar, wenn man isolierte Elektronen betrachtet, da ihre Energie erhalten muss sein. Man kann also Elektronen beliebiger Energie betrachten. Problematisch wird es nur, wenn elektromagnetisch beginnt in Felder einzutreten, da Elektronen Photonen wird ausgestrahlt werden können. Dieser Prozess kann sich unbegrenzt fortsetzen, da die Energie des Elektrons immer tiefer sinkt. In Wirklichkeit verhalten sich Elektronen nicht so.
Diracs Lösung hierfür basierte auf dem Pauli .'s Ausschlussprinzip. Elektronen sind Fermionen und gehorchen diesem Prinzip, was es unmöglich macht, zwei von ihnen auf dem gleichen Energieniveau zu haben. Dirac stellte fest, dass alle Zustände mit negativer Energie besetzt sind und diejenigen mit positiver Energie noch frei sind. Wenn wir also ein Elektron hinzufügen wollen, muss es positive Energie haben, sonst gibt es keinen Platz. Elektronen können ihre Energie nicht mehr unendlich abnehmen lassen, da sie nicht unter Null absinken können.
Dirac wies auch auf die Möglichkeit hin, dass alle negativen Energiezustände bis auf einen besetzt sein würden. Dieses "Loch" in einem Meer von Elektronen negativer Energie würde sich so verhalten, als wäre es ein positiv geladenes Teilchen. Ursprünglich dachte Dirac, dies sei ein Proton würde gehen, aber Robert Oppenheimer wies darauf hin, dass ein Elektron und ein Loch vernichten (das Elektron fällt in das Loch), dann würde eine Energie in der Größenordnung der Ruheenergie des Elektrons in Form von Photonen freigesetzt. Wenn die Löcher wirklich Protonen wären, wäre es unmöglich, stabile zu finden Atome existieren kann. Hermann Weyl bemerkte auch, dass sich ein Loch verhalten würde, wenn es das gleiche hätte Masse wie ein Elektron, während ein Proton etwa zweitausendmal schwerer ist. Das Problem wurde endlich gelöst, als in 1932 das Positron wurde entdeckt von Carl Anderson. Dieses Teilchen hatte alle Eigenschaften eines solchen Lochs.
Momentane Sicht
Trotz des Erfolgs erschien vielen die Idee des Diraczee nicht sehr elegant. Die Existenz des Meeres impliziert eine unendliche negative Ladung, die den ganzen Raum ausfüllt. Man müsste dann sagen, dass alle Elektronen im Meer zusammen kein elektrisches Nettofeld erzeugen und keine Nettoenergie und keinen Impuls haben. Sie sollten auch nicht miteinander interagieren, da die Wechselwirkungen unendlich stark wären. Infolgedessen sollte die Dirac-Gleichung nicht mehr verwendet werden, da wir nicht mehr von verschiedenen, praktisch unabhängigen Teilchen sprechen können.
Die Entwicklung der Quantenfeldtheorie In den Jahren '30 ermöglichte es, die Dirac-Gleichung so umzuformulieren, dass Positronen als "echte" Teilchen und nicht als Abwesenheit eines Teilchens angesehen werden können. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, in ein endloses Meer von Partikeln einzutreten. Dieses Bild ist viel überzeugender, da es alle gültigen Vorhersagen der Dirac-See enthält (Elektronen-Positronen-Annihilation...). Die Feldformulierung beseitigt jedoch nicht alle Probleme der Diracsee. Insbesondere das Problem des Vakuums mit unendlicher Energie wird nicht gelöst, sondern unter den Teppich gekehrt.
Analogien
Es ist interessant festzustellen, dass die Idee von Dirac erfolgreich in der Festkörperphysik, Wert Valenzband von a solide kann man sich als "Meer" von Elektronen vorstellen. Dies kann Lücken aufweisen, die für das Verständnis von begrijpen very sehr wichtig sind Halbleiter. Diese Löcher werden jedoch nicht "Positron" genannt. In der Festkörperphysik gibt es die Ladung der positiven Ionen, die die Ladung des Elektronenmeeres ausgleicht.