Pole kvantové

Polní kvantum je základní koncept kvantové teorie pole a popisuje nejmenší nedělitelnou sílu, se kterou může fyzické pole existovat nebo měnit jeho sílu.

Termín se často vztahuje pouze na kvantu pole čtyř základních interakcí , tj. Jejich výměnných částic , měřicích bosonů .

charakteristiky

Existují různé typy kvanta polí, z nichž každý patří do konkrétního fyzického pole. Mohou být vytvořena a zničena všechna kvantová pole, čímž se síla přidruženého pole zvyšuje nebo snižuje. Mohou existovat polní kvantá všeho druhu:

• ve skutečných státech; pak se kvantová pole volně pohybují prostorem a lze je detekovat jako jednotlivé částice. Odpovídající pole se šíří v prostoru a je často označováno jako radiační nebo volné radiační pole příslušného typu.
• ve virtuálních státech ; pak se kvantová pole neobjevují jako částice nebo záření, ale způsobují účinky silového pole kolem místa jejich vzniku ( zdroje ) . V této souvislosti se také označují jako výměnné částice.

Absence radiačního nebo silového pole, tj. Nulová intenzita pole, odpovídá stavu bez kvantového pole, kterému se říká vakuum . Určité kombinace polních kvanta však mohou ve vakuu spontánně vzniknout a zmizet bez ohledu na jakýkoli zdroj, což způsobuje pozorovatelné účinky ve formě vakuové polarizace a fluktuace vakua .

Příklady

foton

Fotonů (také nazývaný lehký quantum) je pole kvantové na elektromagnetické vlny určité frekvenci . Celkový energetický obsah vlnového pole je integrálním násobkem energie fotonu (včetně nuly).

V souladu s tím se u některých procesů elektromagnetické vlnové pole jeví, jako by se skládalo z určitého počtu identických, vzájemně nezávislých částic (např. V případě fotoefektu a statistických fluktuací záření dutiny ).

Na druhou stranu celkový energetický obsah pole také odpovídá síle, s níž jsou přítomna elektrická a magnetická pole, která se mohou průběžně měnit prostorově i časově. Zejména není možné identifikovat jednotlivé fotony v elektromagnetickém poli a sledovat je v průběhu času.

Tento rozpor mezi dvěma popisnými způsoby myšlení je charakteristický pro kvantovou fyziku a nazývá se dualismus vln-částice .

elektron

Dualismus vlna částic dochází stejným způsobem, když částice materiálu, jako jsou elektrony, například , musí být popsány pomocí záležitost vlny , protože se chovají tímto způsobem v některých procesech. V kvantové teorii pole je tedy zcela upuštěno od základního rozdílu mezi částicemi a polem. Místo toho se mluví o elektronovém poli (nebo neutrinovém poli atd.) A o tvorbě a zničení přidružených částic, stejně jako elektromagnetické pole.

Elementární částice

Všechny typy elementárních částic jsou kvanta pole příslušného typu a jejich vznik nebo zničení odpovídá silnější nebo slabší excitaci pole. Jako kvantum stejného pole jsou částice zcela nerozeznatelné .

Složené systémy

Občas jsou protony , neutrony , piony atd. , Jakož i další systémy vytvořené z elementárních částic, někdy dokonce celých atomů , považovány za polní kvanta. Předpokladem je, že je nelze odlišit podle jejich kvantově mechanického stavu .

Návrhy v systémech více těl

V mnohočásticových systémech existují typické excitované stavy, které jsou popsány ve formě polí, např. B. zvukové vlny , deformační vibrace , vlny magnetického řádu nebo jiná kolektivní buzení . Polní kvanta také existují pro tyto formy buzení, které ukazují charakter částice v určitých procesech . Viz např. Phonon , Magnon , Soliton .