Vákuumállapot

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A kvantumtérelméletben a vákuumállapot (vagy egyszerűen vákuum) a lehető legalacsonyab energiájú kvantumállapot. Definíció szerint nem tartalmaz anyagi részecskéket. Néha használatos még a zéróponti mező kifejezés is, mint egy egyedi kvantált mező vákuumállapotának leírása.

Nem eltűnő vákuumállapot[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ha a kvantumtérelmélet a perturbációelmélet segítségével pontosan leírható, akkor a vákuum tulajdonságai olyanok, mint a harmonikus kvantumoszcillátor alapállapotának tulajdonságai. Ebben az esetben bármely kvantumtér operátorának (téroperátor) várható vákuumértéke eltűnik. Olyan kvantumtérelméletekben, amelyeknél a perturbációelmélet alacsony energiákon már nem alkalmazható (például kvantum-színdinamika vagy a szupravezetés BCS-elmélete) a mező operátoroknak lehet nem eltűnő (nem nulla) várható vákuumértéke, amit kvantumkondenzátumnak hívunk. A standard modellben a Higgs-mező nem nulla várható vákuumértéke, ami a spontán szimmetriasértés eredménye, az a mechanizmus, amely révén az elméletben szereplő többi mező tömeget nyer.

A vákuumállapot energiája[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Sok esetben a vákuumállapotot definiálhatjuk nulla energiájúnak, bár a helyzet ténylegesen sokkal szövevényesebb. A vákuumállapothoz zéróponti energia tartozik, és ennek vannak mérhető effektusai. Laboratóriumban Casimir-effektusként észlelhető. A kozmológiában a vákuumállapot energiája mint a kozmológiai állandó jelenik meg. A még kidolgozatlan mindenség elméletével szemben támasztott egyik alapvető követelmény, hogy a vákuumállapot energiája révén magyarázza meg az empirikus kozmológiai állandót.

A vákuumállapot szimmetriája[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Relativisztikus térelméletben a vákuum Poincaré-invariáns. Ezért csak a téroperátorok skalár kombinációinak lehet nemeltűnő vákuum várható értéke. A vákuum várható érték lerombolhatja a Lagrange-függvény néhány belső szimmetriáját. Ekkor a vákuum kevesebb szimmetriával rendelkezik, mint amit az elmélet megenged, azt mondjuk, hogy spontán szimmetriasértés történt.

Jelölése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A vákuumállapotot jelölése: |0\rangle vagy |\rangle. Egy φ mező vákuum várható értékéé \langle0|\phi|0\rangle, de általában kompaktan csak \langle\phi\rangle.

Virtuális részecskék[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A határozatlansági elv \Delta E\Delta t\ge\hbar formája arra utal, hogy vákuumban egy vagy több részecske kelthető ΔE energiával a vákuum felett egy rövid Δt időre. Ezek a virtuális részecskék benne foglaltatnak a vákuum definíciójában.

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]