эффект Швингераэффект
Джулиан Швингер, один из создателей квантовой электродинамики, в 1951 году осознал: если электрическое поле превысит фантастическую величину порядка 10^18 В/м, вакуум станет нестабильным. Квантовые флуктуации — виртуальные пары частиц — будут раздираться полем и становиться реальными. Швингер вывел формулу, показав, что рождение пар подобно туннелированию: экспоненциально мало в слабом поле и катастрофически нарастает при критическом значении. Это явление — близкий родственник излучения Хокинга и рождения частиц в ранней Вселенной.
Как работает
Эффект объясняет, что может происходить у магнетаров или в фокусе сверхмощных лазеров. В лаборатории его аналог создают в графене: из-за ничтожной эффективной массы носителей заряда критическое поле снижается на порядки, позволяя изучать квантовый пробой на столе.
💡 Физики надеются «вскипятить» вакуум с помощью рентгеновских лазеров нового поколения, а пока воспроизводят мини-швингер в графене, получая лавину электронов и дырок.
E_c = \frac{m_e^2 c^3}{e\hbar}
E_c — критическая напряжённость электрического поля (предел Швингера), m_e — масса электрона (≈ 9.109×10⁻³¹ кг), c — скорость света в вакууме (≈ 2.998×10⁸ м/с), e — элементарный заряд (≈ 1.602×10⁻¹⁹ Кл), ħ — редуцированная постоянная Планка (≈ 1.0546×10⁻³⁴ Дж·с)
P \propto \exp\left(-\frac{\pi m_e^2 c^3}{e\hbar E}\right)
P — вероятность рождения электрон-позитронной пары в единице объёма в единицу времени (для постоянного однородного поля), m_e, c, e, ħ — как выше, E — фактическая напряжённость электрического поля