Վակուումի բևեռացում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Վակուումի բևեռացում, քվանտային ֆլուկտուացիաների հետևանքով մասնիկ-հակամասնիկ զույգերի ծնման և ոչնչացման վիրտուալ պրոցեսների համախմբությունը վակուումում: Այդ պրոցեսներն են ձևավորում փոխազդող քվանտային դաշտերի համակարգի ստորին (վակուումային) վիճակը:

Վակուումի բևեռացման երևույթը առաջին անգամ փորձնականորեն դիտվել է մինչ 1947թ.՝ նախքան տեսականորեն կհաշվարկվեր ռադիոլոկացիոն սարքավորումների ստեղծումից (երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ընթացքում) հետո: Նման սարքավորումների ստեղծումը և բարելավումը պահանջում էր ջրածնի ատոմի էներգիական մակարդակների և էլեկտրոնի անոմալ մագնիսական մոմենտի ճշգրիտ չափում:


Վակուումի բևեռացման մեխանիզմը[խմբագրել]

Համաձայն դաշտի քվանտային տեսության, փոխազդող մասնիկների միջև գոյություն ունեցող վակուումը լոկ դատարկ տարածություն չէ: Ռեալ (ֆիզիկական) վակուումը դատարկ է միայն «միջինում»: Սակայն, որքան էլ լավ ամայացնենք և էկրանավորենք տարածության որոշակի տիրույթ, նրանում Հայզենբերգի անորոշությունների սկզբունքի հետևանքով կարող են գոյություն ունենալ վիրտուալ մասնիկներ: Հնարավոր է նաև լիցքավորված մասնիկի առաջացում զույգով՝ իր հակամասնիկի հետ միասին[1]. այսպես կոչված «վիրտուալ օղակը» Ֆեյնմանի դիագրամում: Օղակը կարող է գոյություն ունենալ շատ կարճ ժամանակ, անորոշությունների սկզբունքի \delta t \approx \hbar/\delta E սահմաններում, որպեսզի չխախտվի էներգիայի պահպանման օրենքը: Սակայն եթե վակուումի վրա ազդում է արտաքին դաշտ, ապա հնարավոր է ռեալ մասնիկի առաջացում նրա էներգիայի հաշվին: Մասնիկի և վակուումի փոխազդեցության հետևանքով փոխվում է մասնիկի զանգվածը և լիցքը[2]: Էլեկտրական դաշտի առկայության դեպքում մասնիկ–հակամասնիկ զույգերը վերաբաշխվում են՝ մասնակիորեն հակազդելով դաշտին (մասնակի էկրանավորման երևույթ, դիէլեկտրական էֆեկտ): Այսպիսով դաշտն ավելի թույլ է լինում, քան սպասվում էր, եթե վակուումը լիներ կատարելապես դատարկ: Մասնիկ-հակամասնիկ զույգերի այս վերակողմնորոշումը տարածության մեջ հայտնի է որպես վակուումի բևեռացում:

Ֆերմիոն-հակաֆերմիոն զույգի մեկ օղակի ներդրումը վակուումի բևեռացման մեջ ներկայացվում է հետևյալ դիագրամով՝

Vacuum polarization.svg

Վակուումի բևեռացման թենզորը[խմբագրել]

Վակուումի բևեռացումը չափվում է Πμν(p) վակուումի բևեռացման թենզորով, որը նկարագրում է դիէլեկտրական էֆեկտը որպես ֆոտոնի p քառաչափ իմպուլսի ֆունկցիա: Այսպիսով վակուումի բևեռացումը կախված է իմպուլսի հաղորդումից, կամ, այլ կերպ ասած, դիէլեկտրիկական թափանցելիությունը չափման սանդղակից կախված մեծություն է: Մասանվորապես, էլեկտրամագնիսականության դեպքում կարող ենք նուրբ կառուցվածքի հաստատունը գրել որպես իմպուլսի հաղորդումից կախված էֆեկտիվ մեծություն: Առաջին կարգի մոտարկումով ունենք՝

 \alpha_\text{eff}(p^2) = \frac{\alpha}{1 - [\Pi_2(p^2) - \Pi_2(0)]}

որտեղ Πμν(p) = (p2 gμν - pμpν) Π(p2) և 2 ինդեքսը նշանակում է, որ -e2 կարգի մոտարկում:

Վակուումի բևեռացումը և ձգողականությունը[խմբագրել]

Գերփոքր հեռավորությունների (10^{-33} սմ) դեպքում կապ է ի հայտ գալիս քվանտային երևույթների և ձգողականության միջև: Գերծանր վիրտուալ մասնիկներն իրենց շուրջ ստեղծում են նկատելի գրավիտացիոն դաշտ, որը սկսում է աղավաղել տարածության երկրաչափությունը: Նման մասնիկների զանգվածը մոտ m \approx \sqrt {\frac{\hbar c}{g}} է, այսինքն՝ շուրջ 10^{19} ԳէՎ (պլանկի զանգված), ալիքի երկարությունը՝ \lambda\approx\frac{\hbar}{mc} մոտ 10^{-33} սմ (պլանկի երկարություն)[2]: Ենթադրվում է, որ վակուումի գրավիտացիոն բևեռացման պրոցեսները կարևոր դեր ունեն տիեզերագիտության մեջ[3]:

Մյուս կողմից, միանգամայն հնարավոր է, որ նման հեռավորությունների վրա տարածության և ժամանակի ավանդական պատկերացումները (այդ թվում վակուումի բևեռացումը) այլևս ճիշտ չեն, և նախկին քվանտային մոտեցումը պետք է իր տեղը զիջի քվանտային գրավիտացիայի տեսությանը, որը հիմնված է քվանտացված տարածություն-ժամանակի անսովոր երկրաչափական և տոպոլոգիական հատկությունների վրա:

Վակուումի բևեռացումով պայմանավորված երևույթներ[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Այս մասնիկ–հակամասնիկ զույգերն ունեն տարբեր տիպի լիցքեր, ինչպես օրինակ, գունային լիցքն է, եթե խոսքը քվարկների կամ գլյուոնների մասին է, կամ էլեկտրական լիցք, եթե խոսքը էլեկտրականապես լիցքավորված քվարկների կամ լեպտոնների մասին է: Վերջիններիս շարքին է դասվում էլեկտրոնը, որը ամենահայտնի լեպտոնն է, և քանի որ նաև ամենաթեթևն է, ամենից շատ առաջանում են վիրտուալ էլեկտրոնպոզիտրոն զույգեր: Նման լիցքավորված զույգերը գործում են որպես էլեկտրական դիպոլներ:
  2. 2,0 2,1 «Физика от А до Я» / Сост. В. А. Чуянов, 4-ое изд., испр., М., ОАО Издательство «Педагогика-Пресс», ООО Издательский дом «Современная педагогика», 2003
  3. Я. Б. Зельдович, «Теория вакуума, быть может, решает загадку космологии», Успехи физических наук, հ. 133, 1981, մարտ, էջեր 479—503