Поляризация вакуума — совокупность виртуальных процессов рождения и аннигиляции пар частиц в вакууме , обусловленных квантовыми флуктуациями . Эти процессы формируют нижнее (вакуумное) состояние систем взаимодействующих квантовых полей .

Механизм поляризации вакуума

В отличие от абстрактного (математического) вакуума, который представляется абсолютной пустотой, реальный (физический) вакуум является пустым только «в среднем». На это «среднее» и настроены наши приборы. Однако, как бы хорошо мы ни опустошили и ни экранировали определённую область пространства, в ней, в силу принципа неопределённости могут существовать виртуальные частицы . В том числе, возможно даже рождение заряженных частиц в паре со своей античастицей — это так называемая, виртуальная петля на диаграмме Фейнмана . Петля может существовать очень короткое время, в пределах квантовой неопределённости ${\displaystyle \delta t\approx \hbar /\delta E}$ , чтобы не нарушать закон сохранения энергии . Но если на вакуум воздействует внешнее поле, то за счёт его энергии возможно рождение реальных частиц. Взаимодействие частиц с вакуумом приводит к изменению массы и заряда частиц.

Поляризация вакуума и квантовая электродинамика

Поляризация вакуума в квантовой электродинамике заключается в образовании виртуальных электронно-позитронных (а также мюон -антимюонных и таон -антитаонных) пар из вакуума под влиянием электромагнитного поля . Поляризация вакуума приводит к радиационным поправкам к законам квантовой электродинамики и к взаимодействию нейтральных частиц с электромагнитным полем.

Поляризация вакуума и квантовая хромодинамика

Поляризация вакуума глюонами в квантовой хромодинамике приводит к антиэкранировке цветового заряда и ненаблюдаемости свободных кварков . .

Поляризация вакуума и гравитация

На сверхмалых расстояниях ( ${\displaystyle 10^{-33}}$ см) возникает связь квантовых эффектов с гравитационными . Сверхтяжёлые виртуальные частицы создают вокруг себя заметное гравитационное поле , которое начинает искажать геометрию пространства. Массы таких частиц ${\displaystyle m\approx {\sqrt {\frac {\hbar c}{g}}}}$ , примерно ${\displaystyle 10^{19}}$ ГэВ / c ² ( планковская масса ), длина волны ${\displaystyle \lambda \approx {\frac {\hbar }{mc}}}$ , примерно ${\displaystyle 10^{-33}}$ см ( планковская длина ) . Предполагается, что процессы гравитационной поляризации вакуума играют важную роль в космологии .

С другой стороны, вполне возможно, что на таких расстояниях традиционные представления о пространстве и времени (и, в том числе, о поляризации вакуума) становятся совершенно неприменимыми, и привычный квантовополевой подход перестаёт быть адекватным, уступая место теориям квантовой гравитации , основанным на выявлении необычных геометрических и топологических свойств квантованного пространства-времени, таким, как М-теория , петлевая квантовая гравитация и причинная динамическая триангуляция .

Явления, обусловленные поляризацией вакуума

• Аномальный магнитный момент
• Дельбрюковское рассеяние
• Эффект Унру
• Лэмбовский сдвиг
• Эффект Казимира
• Излучение Хокинга
• Эффект Шарнхорста

Литература

• — статья из Физической энциклопедии

Примечания