Strona głównaPytania → Energia w procesach kreacji i...

Energia w procesach kreacji i anihilacji par

Pytanie

Pyta Andrzej

W tzw. fluktuacjach kwantowych jedna cząstka posiada energię dodatnią a druga ujemną, co skutkuje anihilacją bez wydzielania jakieś energii. I chyba na takim założeniu opiera się promieniowanie Hawkinga. Ale w opisach mechaniki kwantowej jest opis jak to para elektron i pozyton ulegają anihilacji i powstaje foton gamma. Czy w związku z tym pozyton może mieć dowolny rodzaj energii, albo dodatniej albo ujemnej?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

W starszych podręcznikach relatywistycznej mechaniki kwantowej pozytony są czasem opisywane jako tzw. „dziury” w morzu stanów elektronowych o ujemnej energii. Sama dziura ma energię dodatnią. Taką interpretację sugerował Paul Dirac na podstawie analizy rozwiązań zapostulowanego przez siebie równania.

Równanie Diraca jest ciągle jednym z podstawowych elementów kwantowej teorii pola. Natomiast jego interpretacja w kontekście morza stanów o ujemnej energii uważana jest za archaiczną. Obecnie traktujemy elektron i pozyton w sposób symetryczny, a rzeczywiste cząstki mają zawsze dodatnią energię.

Opisywanie fluktuacji pola elektronowo-pozytonowego poprzez „kreację i anihilację bez wydzielania energii” ma pewne zalety poglądowe, ale zawsze należy mieć w pamięci zasadę nieoznaczoności, która ogranicza dokładność określenia energii jakiegokolwiek krótko żyjącego obiektu. W jednym z możliwych sformułowań kwantowej teorii pola (poprzez tzw. całki po trajektoriach) rozważamy we fluktuacjach każdego pola wszystkie możliwe konfiguracje, w tym również te o ujemnej energii.