Uehlingův potenciál je zpřesněný model skalárního potenciálu, který na rozdíl od Coulombova zákona zahrnuje jevy kvantové elektrodynamiky. Korekce pro skalární potenciál jsou způsobeny polarizací vakua, což obnáší započítání příspěvku z jediného Feynmanova diagramu třetího řádu. Výsledky předpovídající korekce ke Coulombovu zákonu byly poprvé publikovány v polovině třicátých let 20. století nezávisle v článcích Edwinem Uehlingem a Robertem Serberem.
Posuny spektrálních čar způsobené Uehlingovými korekcemi jsou v praxi měřitelné a terminologicky spadají pod obecnější pojem Lambův posun. Korekce upravující Coulombův zákon jsou malé a exponenciálně klesají se vzdáleností od náboje. Jakékoliv známky Uehlingova jevu jsou proto pozorovatelné jen na vzdálenosti menší než rozměry atomů.
Popis Předpis pro potenciál bodového náboje ve vakuu se započtením polarizace vakua do prvního řádu zní následovně.
, kde se na efektivního náboj přenese Uehlingova korekce. V limitních případech pak spočtená korekce nabývá tvaru , kde , kde Pro velké vzdálenosti tak platí Coulombův zákon s velmi dobrou přesností a pro malé vzdálenosti efektivní náboj logaritmicky diverguje. Interpretace pomocí polarizace vakua je taková, že náboj částice je stíněný vakuem, které se samo chová jako dielektrikum. Přesněji je stíněný virtuálními páry částic, které se vyskytují zejména v místech silného pole. Doba života těchto párů částic se odvíjí od jejich celkové energie, která je větší než nula. Čím dále od nuly je jejich energie, tím kratší dobu života pár má. Největší příspěvek tak tradičně v polarizaci vakua tvoří nejlehčí částice (elektrony).
Uehlingova korekce k potenciálu spočívá v ovlivnění doby života virtuálních párů pomocí statického elektrického pole jádra atomu. Virtuální páry, které jsou orientované energeticky výhodněji (tedy jako dipól tlumící pole ve svém okolí) mohou žít déle a páry s energeticky nevýhodnými orientacemi zase kratší dobu. Efektivně se tím původně izotropní vakuum promění v prostor „plný" podobně orientovaných virtuálních párů částic, které původní pole tlumí, čímž vzniká stínění náboje. Coulombův zákon tak popisuje již „odstíněné" pole, v němž je hodnota náboje prostá původní logaritmické divergence.
Vliv na atomové hladiny Efekt na výšku atomových hladin lze získat z prvním řádu jako
Zde je pravděpodobnost výskytu částice přesně ve středu atomu. Konstanta škálující posun je velmi malá kvůli členu s konstantou jemné struktury . Příspěvek k posunu také velmi rychle roste s rostoucím (vlastně rychleji než , protože s větším atomovým číslem je obíhající částice víc tlačena do středu potenciálu). Navíc kvůli delta členu jsou v tomto přiblížení ovlivněny jen stavy , které mají hodnotu vedlejšího kvantového čísla nulovou. To vyplývá z faktu, že pro nenulový moment hybnosti.
Pro nejnižší stav hypotetického prvku s protonovým číslem by Uehlingova korekce činila posun v potenciální energii dolů o 8 keV, což by činilo přibližně 1% z celkového potenciálu. Naproti tomu u vodíku je proporce zhruba .
Spektrální čáry vodíku jsou základem pro studium velmi přesných energetických přechodů. Po započtení polarizace vakua do Lambova posunu skrze Uehlingovu korekci je u přechodu vodíku získána poměrně dobrá shoda s experimentem (na 3 desetinná místa). To je poměrně dobrý výsledek s ohledem na množství zanedbání a fakt, že se jedná o aproximaci pouze do prvního řádu. Korekce je navíc přímo úměrná třetí mocnině hmotnosti vázané částice a proto se jeví vhodnější tyto korekce studovat na mionovém vodíku, v němž je místo elektronu obíhající částicí mion.
Odkazy
Poznámky
Reference
Literatura
Související články polarizace vakua Lambův posun
Kategorie:Kvantová fyzika