Վակուումի բևեռացում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
1rightarrow blue.svg Անվան այլ գործածումների համար տես՝ Բևեռացում (այլ կիրառումներ)

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