液压压力校验仪

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量子电动力学中的真空(一)：真空涨落、兰姆位移和电子反常磁矩
电磁场是人们最为熟悉的场，薛定谔方程和狄拉克方程也讨论了微观粒子和电磁场的相互作用，不过其中，电子是量子化的，而电磁场是经典的。很显然，一个完整的关于电子与电磁场相互作用的理论，应该是全量子化的。
20世纪中叶，施温格 (J. Schwinger) 、费曼 (R. Feynman) 和朝永振一郎 (S. Tomonaga) 分别建立了电子与电磁场相互作用的量子理论——量子电动力学。量子电动力学是一种量子场论，电子场的激发和激发消失，对应于电子的产生和湮灭，而电磁场的激发和激发消失，对应于光子的产生和湮灭。如图2(a)，电子之间的相互碰撞可以用形象的费曼图表示：电子发射出一个虚光子，然后被另一个电子所吸收，这样两个电子通过交换虚光子发生相互作用。此时初态和末态，都是可以被直接观测到的真实粒子，而所有中间过程的粒子，存在的时间很短，被称为虚粒子。
图2 (a)简单的费曼图；(b)量子电动力学中的真空极化
非常有趣的是，“真空不空”的概念在这里再次扮演了一个重要角色。如图2(b)所示，这是一个更高阶的过程。电子发射出的虚光子可以变成一对虚的正负电子，然后这对虚的正负电子又湮灭重新变成一个虚光子，这个虚过程 (即图2(b)中的圆圈) 被称为真空极化。
可见，在量子电动力学的世界中，看似电子处在真空中运动，实质上真空中存在着大量的虚的光子、正负电子对。形象地说，电子此时“穿了衣服” (dressed electron) ，而这件衣服就是真空涨落形成的。
真空涨落将引起电子自能的微小改变，一般这个效应对于电子能量的改变仅在MHz量级 (微波段) 。美国物理学家兰姆 (W. Lamb) 利用微波技术，测量了氢原子中电子最低的两个激发态能级2s1/2， 2p1/2，发现的确真空涨落将引起电子能级的微小变化，称为兰姆位移。
真空涨落还将屏蔽电子自旋。美国物理学家库什 (P. Kusch) 利用磁共振技术，测量了电子磁矩，发现真空涨落将引起电子磁矩偏离简单的玻尔磁子，ae=(g－2)/2，称为反常磁矩。
可以来比较一下，通过量子电动力学的计算，兰姆位移的理论值是1057.864 MHz，而实验测量值为1057.862 MHz；电子反常磁矩的理论值是ae=1159651.7 × 10-9， 而实验测量值为ae=1159656.7×10-9。理论和实验可以在惊人的精度上相一致。量子电动力学可以说是目前物理学中最为成功的理论之一，费曼等3人因此荣获1965年度诺贝尔物理学奖，而兰姆和库什也获得了1955年度诺贝尔物理学奖。
我们看到，真空的概念在这里再一次得到了丰富。形象地说，这里的真空是虚的光子和正负电子对的海洋。
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