Quantum Electrodynamics of Strong Fields: With an Introduction into Modern Relativistic Quantum Mechanics

هدف اساسی فیزیک، درک نیروهای طبیعت در ساده ترین و کلی ترین اصطلاحات آنهاست. با این حال، چیزی بیشتر از یک مجموعه اولیه از معادلات درگیر است که در نهایت باید زمانی که برای مسائل خاص به کار می رود، حل شوند. ما در سال‌های اخیر آموخته‌ایم که ساختار حالت پایه تئوری‌های میدان (که عموماً به آن توجه داریم) به همان اندازه خود معادلات حرکت نقش ذهنی اساسی ایفا می‌کند. هایزنبرگ احتمالاً اولین کسی بود که وقتی نظریه فرومغناطیس را ابداع کرد، تشخیص داد که حالت پایه، خلاء، می‌تواند ویژگی‌های خاصی (اعداد کوانتومی) کسب کند. از آن زمان، نمونه‌های بسیار بیشتری از این قبیل در فیزیک حالت جامد شناخته شده‌اند. g. ابررسانایی، ابرسیالیت، در واقع همه مشکلات مربوط به انتقال فاز سیستم‌های چند بدنه هستند که اغلب تحت نام هم افزایی خلاصه می‌شوند. با الهام از مشاهدات تجربی که همچنین تقارن های اساسی، مانند برابری یا تقارن کایرال، ممکن است در طبیعت نقض شوند، به طور گسترده پذیرفته شده است که یک نظریه میدان یکسان ممکن است بر اساس خلاء متفاوت باشد. عملاً تمام این مراحل مختلف میدانی وضعیت مدل‌های کمابیش فرضی را دارند که (هنوز) مستقیماً برای آزمایش‌ها قابل دسترسی نیستند. یک استثنای باشکوه وجود دارد و آن تغییر حالت پایه (خلاء) میدان الکترون پوزی ترون در میدان های الکتریکی فوق قوی است.

The fundamental goal of physics is an understanding of the forces of nature in their simplest and most general terms. Yet there is much more involved than just a basic set of equations which eventually has to be solved when applied to specific problems. We have learned in recent years that the structure of the ground state of field theories (with which we are generally concerned) plays an equally funda­ mental role as the equations of motion themselves. Heisenberg was probably the first to recognize that the ground state, the vacuum, could acquire certain prop­ erties (quantum numbers) when he devised a theory of ferromagnetism. Since then, many more such examples are known in solid state physics, e. g. supercon­ ductivity, superfluidity, in fact all problems concerned with phase transitions of many-body systems, which are often summarized under the name synergetics. Inspired by the experimental observation that also fundamental symmetries, such as parity or chiral symmetry, may be violated in nature, it has become wide­ ly accepted that the same field theory may be based on different vacua. Practical­ ly all these different field phases have the status of more or less hypothetical models, not (yet) directly accessible to experiments. There is one magnificent ex­ ception and this is the change of the ground state (vacuum) of the electron-posi­ tron field in superstrong electric fields.