Потенциал Юлинга в квантовой электродинамике описывает потенциал взаимодействия между двумя электрическими зарядами, который, помимо классического кулоновского потенциала, содержит дополнительный член, отвечающий за электрическую поляризацию вакуума. Этот потенциал был предсказан в 1935 году.
Поправки Юлинга во взаимодействие зарядов в вакууме учитывают, что электромагнитное поле точечного заряда не действует на расстоянии мгновенно, а представляет собой взаимодействие, происходящее посредством переносчиков взаимодействий — фотонов. В квантовой теории поля из-за принципа неопределённости между энергией и временем один фотон может на короткое время сформировать виртуальную пару частица-античастица, которая влияет на точечный заряд. Этот эффект называется поляризацией вакуума, потому что он делает вакуум похожим на поляризуемую среду. Безусловно, доминирующий вклад вносит самая лёгкая заряженная элементарная частица — электрон (из-за малости массы вероятность её создания и длительность существования максимальны). Поправки Юлинга в повседневной практике незначительны, но позволяют с высокой точностью рассчитывать спектральные линии водородоподобных атомов.
Определение Потенциал Юлинга определяется выражением
откуда видно, что этот потенциал представляет собой поправку к классическому кулоновскому потенциалу. Здесь — масса электрона и — его заряд, измеренный на больших расстояниях.
Если , этот потенциал упрощается до
в то время как для другого предельного случая получается
где — постоянная Эйлера — Маскерони (0,57721. . .).
Характеристики Недавно было показано, что приведённый выше интеграл в выражении можно вычислить в замкнутой форме с помощью модифицированных функций Бесселя второго рода и его последующие интегралы.
Влияние на атомные спектры
Поскольку потенциал Юлинга даёт значительный вклад только на малых расстояниях вблизи ядра, он в основном влияет на энергию s-орбиталей. Квантово-механическая теория возмущений может быть использована для расчёта этого влияния в атомном спектре атомов. Поправки квантовой электродинамики для вырожденных уровней энергии атома водорода определяются выражением
до ведущего порядка параметра .
Поскольку волновая функция s-орбиталей не обращается в нуль в начале координат, то поправки, обеспечиваемые потенциалом Юлинга, имеют порядок (где — постоянная тонкой структуры), и она становится менее важной для орбиталей с более высоким азимутальным квантовым числом. Это энергетическое расщепление в спектрах примерно в десять раз меньше, чем поправки на тонкую структуру, вычисляемую из уравнения Дирака для атома водорода, и это расщепление известно как лэмбовский сдвиг (который включает потенциал Юлинга и дополнительные более высокие поправки из квантовой электродинамики).
Эффект Юлинга также играет центральную роль в мюонном водороде, поскольку большая часть сдвига энергии возникает из-за поляризации вакуума. В отличие от других переменных, таких как расщепление тонкой структуры, которые масштабируются вместе с массой мюона, то есть с коэффициентом , масса лёгкого электрона продолжает оставаться решающим характеристическим размером для потенциала Юлинга. Энергетические поправки составляют по порядку величины .
Примечания
Категория:Квантовая теория поля Категория:Квантовая электродинамика