Vakuumpolarisation (QED) + anschaulich

Wissenschaft Physik
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Hallo !

Da ich in mehreren Buechern verschiedene Meinungen gefunden habe bin ich ein bisschen verwirrt und hoffe, dass das einer von Euch klaeren kann.

Wenn man eine Ladung hat, dann wird das Vakuum in unmittelbarer Naehe um diese Ladung polarisiert.

Es geht nun um die Auswirkung dieses Effektes.

Aber zuerst:
Wenn ich hier von „nackter Ladung“ spreche meine ich immer die Ladung, die man spuehrt, wenn man sich in unmittelbarer Naehe von diesem Teilchen befindet.

Hingegen meine ich mit „effektiver Ladung“ die Ladung, die man spuehrt, wenn man sich weit weg von dem Teilchen befindet.

Mayer-Kuckuck (Atomphysik) sagt, dass die nackte Ladung eines Teilchens kleiner ist als die effektive Ladung.

Das ist in diesem Buch die Begruendung dafuer, dass der s-Zustand im Atom weniger stark gebunden ist und daher energetisch weiter oben liegt (Lamb-Shift).

Schoen und gut, bis ich im Griffiths (Elementar-teilchen-physik) gelesen habe, dass die nackte Ladung des Teilchens groesser ist als seine effektive Ladung.

Ebenfalls findet man diese Sichtweise im Martin & Shaw (Particle Physics).

Martin & Shaw sagt dann noch, dass der 2s-Zustand im Atom deshalb staerker gebunden ist (S. 156 ganz unten).

Dies wiederspricht jedoch dem Mayer-Kuckuk und dem Bild, das ich als Termschema kenne.

Was fuer eine Auswirkung hat denn die Vakuumpolarisation nun wirklich ?
Und kann man sich das anschaulich klar machen ?

Mit dem anschaulich habe ich da naemlich auch meine Probleme:
Vakuumpolarisation tritt ja immer nur Paarweise auf. Also jeweils ein Paar von Elektron und Positron gleichzeitig.

Wenn ich nun eine Ladung und die damit verbundenen Vakuumpolarisation von weit weg betrachte, dann ist doch die Summe der Ladungen gerade wieder die nackte Ladung (da sich die Vakuumpolarisation ja insgesamt aufheben muss).
Warum sehe ich also eine abgeschirmte oder eine verstaerkte Ladung ?

In der Hoffnung, dass einer die Loesung kennt, oder dass wir sie gemeinsam hier finden werden

Martin

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Hallo Martin

Das Vakuum ist nach der Quantentheorie nicht leer, sondermn es können für kurze Zeit (=> Heissenbergsche Unschärferelation dE dt > h) Teilchen Antiteilchenpaare entstehen, z. b. Elektronen - Positronen-Paare. Diese Teilchen nennt man auch virtuelle Teilchen.
Ensteht jetzt so ein Paar in der Nähe einer z. B. negativen Ladung, dann wird das (virtuelle) Positron angezogen und das (ebenfalls virtuelle)Elektron abgestossen. Das bedeutet, dass die Positronen dann etwas näher an der negativen Ladung liegen, und diese dadurch teilweise abschirmen.

Meines Wissens ist die nackte Ladung sogar unendlich.

Viele Grüsse

Ratz

3

Und der s-Zustand im Atom ?
Hallo Ratz

vielen Dank erstmal fuer Deine Antwort.

Das Vakuum ist nach der Quantentheorie nicht leer, sondermn es
können für kurze Zeit (=> Heissenbergsche Unschärferelation
dE dt > h) Teilchen Antiteilchenpaare entstehen, z. b.
Elektronen - Positronen-Paare. Diese Teilchen nennt man auch
virtuelle Teilchen.

Du meinst, dass dE eine „geborgte“ Energie ist zur Erzeugung des virtuellen Positrion/Elektron-Paares. dt ist dann wohl die Zeit die dieses virtuelle Paar lebt, oder ?

Dann wuerde dE dt > h sagen, dass die auch ruhig sehr sehr lange und mit viel Energie leben duerfen. Hauptsache nur nicht zu klein und nicht zu kurz :smile:
Deshalb wird allgemein auch immer geschrieben:
dE dt = h
Schon komisch, oder ?

Ensteht jetzt so ein Paar in der Nähe einer z. B. negativen
Ladung, dann wird das (virtuelle) Positron angezogen und das
(ebenfalls virtuelle)Elektron abgestossen. Das bedeutet, dass
die Positronen dann etwas näher an der negativen Ladung
liegen, und diese dadurch teilweise abschirmen.

Und was ist mit den virtuellen Elektronen die weiter aussen liegen ? Erzeugen die dann nicht noch ein staerkeres Feld, dass man dann aussen sieht ?

Meines Wissens ist die nackte Ladung sogar unendlich.

Wo hast Du das denn gelesen ?

Und wie erklaerst Du dann, dass der s-Zustand eines Atoms schwaecher gebunden ist ? Der s-Zustand ist ja gerade der, dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Kern nicht Null ist. Demnach sollte es diese „unendliche“ Ladung auch teilweise spueren koennen. Warum fuehrt dies dann zu einer schwaecheren Bindung anstelle zu einer staerkeren Bindung ?

Viele Grüsse

Martin

4

Hallo Martin

Hallo Ratz

vielen Dank erstmal fuer Deine Antwort.

gern geschehen

Du meinst, dass dE eine „geborgte“ Energie ist zur Erzeugung
des virtuellen Positrion/Elektron-Paares. dt ist dann wohl die
Zeit die dieses virtuelle Paar lebt, oder ?

genau

Dann wuerde dE dt > h sagen, dass die auch ruhig sehr sehr
lange und mit viel Energie leben duerfen. Hauptsache nur nicht
zu klein und nicht zu kurz :smile:
Deshalb wird allgemein auch immer geschrieben:
dE dt = h
Schon komisch, oder ?

Und was ist mit den virtuellen Elektronen die weiter aussen
liegen ? Erzeugen die dann nicht noch ein staerkeres Feld,
dass man dann aussen sieht ?

Nein, die kompensieren sich statistisch, weil für jedes Elektron auch ein Positron entsteht.

Meines Wissens ist die nackte Ladung sogar unendlich.

Wo hast Du das denn gelesen ?

weiss ich nicht mehr

Und wie erklaerst Du dann, dass der s-Zustand eines Atoms
schwaecher gebunden ist ? Der s-Zustand ist ja gerade der,
dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Kern nicht Null ist.
Demnach sollte es diese „unendliche“ Ladung auch teilweise
spueren koennen. Warum fuehrt dies dann zu einer schwaecheren
Bindung anstelle zu einer staerkeren Bindung ?

Wie gesagt, das war nur eine Darstellung zur Veranschaulichung. Für deine Fragestellung müsste dies wohl exakt durchgerechnet werden. Kann ich aber nicht.

Viele Grüsse

Ratz