Сдвиг Лэмба: Аномалия в энергетических уровнях атома водорода.
Lamb shift
Сдвиг Лэмба: аномальная разница энергий электронных орбит атома водорода, необъяснимая уравнением Дирака. Связан с флуктуациями вакуумной энергии и излучением Хокинга.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Разница в энергии электронных состояний атома водорода, не предсказанная уравнением Дирака
Difference in energy of hydrogenic atom electron states not predicted by the Dirac equation
В физике смещение Ламба, названное в честь Уиллиса Ламба, относится к аномальной разнице в энергии между двумя электронными орбиталями в атоме водорода. Эта разница не была предсказана теорией и не может быть выведена из уравнения Дирака, которое предсказывает одинаковые энергии. Таким образом, смещение Ламба представляет собой отклонение от теории, наблюдаемое в различных энергиях, содержащихся в орбиталях 2S1/2 и 2P1/2 атома водорода. Смещение Ламба вызвано взаимодействием между виртуальными фотонами, возникающими из-за флуктуаций энергии вакуума, и электроном при его движении вокруг ядра водорода в каждой из этих двух орбиталей. С тех пор смещение Ламба сыграло важную роль в теоретическом предсказании излучения Хокинга от черных дыр, благодаря флуктуациям энергии вакуума. Этот эффект был впервые измерен в 1947 году в эксперименте Лэмба — Ретерфорда по исследованию микроволнового спектра водорода, и это измерение послужило стимулом для развития теории перенормировки, позволяющей справляться с расходимостями. Оно стало предвестником современной квантовой электродинамики, разработанной Джулианом Швингером, Ричардом Фейнманом, Эрнстом Стьюкельбергом, Син Итиро Томонагой и Фриманом Дайсоном. Уиллис Ламб получил Нобелевскую премию по физике в 1955 году за открытия, связанные со смещением Ламба.
In physics the Lamb shift, named after Willis Lamb, refers to an anomalous difference in energy between two electron orbitals in a hydrogen atom. The difference was not predicted by theory and it cannot be derived from the Dirac equation, which predicts identical energies. Hence the Lamb shift refers to a deviation from theory seen in the differing energies contained by the 2S1/2 and 2P1/2 orbitals of the hydrogen atom. The Lamb shift is caused by interactions between the virtual photons created through vacuum energy fluctuations and the electron as it moves around the hydrogen nucleus in each of these two orbitals. The Lamb shift has since played a significant role through vacuum energy fluctuations in theoretical prediction of Hawking radiation from black holes. This effect was first measured in 1947 in the Lamb–Retherford experiment on the hydrogen microwave spectrum and this measurement provided the stimulus for renormalization theory to handle the divergences. It was the harbinger of modern quantum electrodynamics developed by Julian Schwinger, Richard Feynman, Ernst Stueckelberg, Sin Itiro Tomonaga and Freeman Dyson. Lamb won the Nobel Prize in Physics in 1955 for his discoveries related to the Lamb shift.
Важность
В 1978 году, в день 65-летия Лэмба, Фримен Дайсон обратился к нему со следующими словами: "Те годы, когда смещение Лэмба было центральной темой физики, были золотыми для всех физиков моего поколения. Вы первыми увидели, что этот крошечный сдвиг, столь неуловимый и сложный для измерения, прояснит наше понимание частиц и полей."
In 1978, on Lamb's 65th birthday, Freeman Dyson addressed him as follows: "Those years, when the Lamb shift was the central theme of physics, were golden years for all the physicists of my generation. You were the first to see that this tiny shift, so elusive and hard to measure, would clarify our thinking about particles and fields."
В спектре водорода
В 1947 году Ганс Бете первым объяснил смещение Ламба в спектре водорода, тем самым заложив основу для современного развития квантовой электродинамики. Бете удалось вывести смещение Ламба, применив идею перенормировки массы, что позволило ему вычислить наблюдаемое смещение энергии как разность между смещением связанного электрона и смещением свободного электрона. В настоящее время смещение Ламба позволяет измерять постоянную тонкой структуры α с точностью, превышающей одну часть на миллион, обеспечивая прецизионную проверку квантовой электродинамики.
In 1947, Hans Bethe was the first to explain the Lamb shift in the hydrogen spectrum, and he thus laid the foundation for the modern development of quantum electrodynamics. Bethe was able to derive the Lamb shift by implementing the idea of mass renormalization, which allowed him to calculate the observed energy shift as the difference between the shift of a bound electron and the shift of a free electron. The Lamb shift currently provides a measurement of the fine structure constant α to better than one part in a million, allowing a precision test of quantum electrodynamics.