Поляризація вакууму

Поляризація вакууму — сукупність віртуальних процесів народження і анігіляції пар частинок у вакуумі, обумовлене квантовими флуктуаціями. Ці процеси формують нижній (вакуумний) стан систем взаємодіючих квантових полів.

Механізм поляризації вакууму

На відміну від абстрактного (математичного) вакууму, який представляється абсолютною порожнечею, реальний (фізичний) вакуум є порожнім тільки «в середньому». На це «середнє» і налаштовані наші прилади. Однак, як добре ми б не спустошували й не екранували певну область простору, в ній, в силу принципу невизначеності можуть існувати віртуальні частинки. В тому числі, можливе навіть народження заряджених частинок в парі зі своєю античастинкою — це так звана, віртуальна петля на діаграмі Фейнмана. Петля може існувати дуже короткий час, в межах квантової невизначеності $\delta t\approx \hbar /\delta E$ , щоб не порушувати закон збереження енергії. Але якщо на вакуум впливає зовнішнє поле, то за рахунок його енергії можливе народження реальних часток. Взаємодія часток з вакуумом призводить до зміни маси і заряду частинок.^[1]

Поляризація вакууму і квантова електродинаміка

Поляризація вакууму в квантовій електродинаміці полягає в утворенні віртуальних електронно-позитронних (а також мюон-антимюоних і тау-лептон-антітаонних) пар з вакууму під впливом електромагнітного поля. Поляризація вакууму призводить до радіаційних поправок до законів квантової електродинаміки і до взаємодії нейтральних частинок з електромагнітним полем.^[2]^[3]

Поляризація вакууму і квантова хромодинаміка

Поляризація вакууму глюонами в квантовій хромодинаміці призводить до антиекранування колірного заряду і призводить до неспостережності вільних кварків.^[4].

Поляризація вакууму та гравітація

На надмалих відстанях ( $10^{-33}$ см) виникає зв'язок квантових ефектів з гравітаційними. Надважкі віртуальні частинки створюють навколо себе помітне гравітаційне поле, яке починає спотворювати геометрію простору. Маси таких частинок $m\approx {\sqrt {\frac {\hbar c}{g}}}$ , приблизно $10^{19}$ ГеВ (маса Планка), довжина хвилі $\lambda \approx {\frac {\hbar }{mc}}$ , приблизно $10^{-33}$ см (довжина Планка)^[1]. Передбачається, що процеси гравітаційної поляризації вакууму грають важливу роль в космології^[5].

З іншого боку, цілком можливо, що на таких відстанях традиційні уявлення про простір і час (і, в тому числі, про поляризацію вакууму) стають зовсім непридатними, і звичний квантовопольовий підхід перестає бути адекватним, поступаючись місцем теоріям квантової гравітації, заснованим на виявленні незвичайних геометричних і топологічних властивостей квантованного простору-часу, таким, як М-теорія, петльова квантова гравітація та причинна динамічна тріангуляція.

Явища, зумовлені поляризацією вакууму

Примітки

↑ ^а ^б « Фізика від А до Я»/Сост. В. А. Чуянов, 4-е изд., Испр., М., ВАТ Видавництво «Педагогіка-Прес», ТОВ Видавничий дім « Сучасна педагогіка», 2003, ISBN 5-7155-0790-1 (ВАТ Видавництво «Педагогіка-Прес»), ISBN 5-94054-026-0 (ТОВ Видавничий дім « Сучасна педагогіка»), УДК 087.5:53, ББК 22.3я2, Ф 50, ст. « Вакуум фізичний», з. 49-51;
↑ Окунь Лев Борисович « Фізика елементарних частинок», вид. 3-е, М., « Едіторіал УРСС», 2005, ISBN 5-354-01085-3, ББК 22.382 22.315 22.3о, гл. 2 " Гравітація. Електродинаміка ", « Поляризація вакууму», з. 26-27;
↑ « Фізика мікросвіту», Маленька енциклопедія. гл. ред. Д. В. Ширков, М., « Радянська енциклопедія», 1980, 528 с., Іл., 530.1 (03), Ф50, ст. « Поляризація вакууму», авт. ст. Д. В. Ширков, стр. 496;
↑ Окунь Лев Борисович « Фізика елементарних частинок», вид. 3-е, М., «Едіторіал УРСС», 2005, ISBN 5-354-01085-3, ББК 22.382 22.315 22.3о, гл. 3 «Сильне взаємодія», « Асимптотична свобода і конфайнмент», з. 45-47;
↑ Зельдович Яків Борисович «Теорія вакууму, бути може, вирішує загадку космології», Успіхи фізичних наук, т. 133, вип. 3, 1981, березень, з. 479–503