石墨烯文献中讨论的无质量狄拉克费米子是否与韦尔费米子相同?

时间:2021-01-20 09:06:15   作者:
要回答这个问题,我们应该参考理论和经验的物质和反物质的起源。回顾狄拉克方程和海表明,在物质和反物质之间存在着深刻的对称性,不仅是对的产生和衰变,甚至在光子和量子真空的结构中。本文介绍了两种方法,一种是狄拉克方程,另一种是描述量子真空能。

韦尔费米子是无质量的,这是由赫尔曼韦尔推导的狄拉克方程的一个解所预测的。“韦尔费米子可能非常有用,因为它们的无质量特性使它们能够比普通电子更快地在物质中导电——这可以用来制造更快的电子电路。”石墨烯中的电子也具有这种特性。

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"从模拟分子组装的锥形势产生无质量狄拉克费米子。(a)半径为0.3 nm,周期性为2.35 nm的圆锥形势的实空间分布,以及在右边两个面板上绘制的两条线轮廓。(b)带结构。(c)沿两个法线方向通过一个狄拉克点的带结构。(d)带有消失点的v形DOS。真实电子的自旋自由度也包括在内"

牛顿第二定律是经典力学中的运动方程,它没有提到任何关于力的本质。拉格朗日量和哈密顿量等等效公式及其扩展不能解释势能和动能转换的机理。在量子力学中,薛定谔方程类似于经典力学中的牛顿第二定律。量子力学也是牛顿力学在原子和亚原子尺度上的延伸,相对论力学也是牛顿力学在接近光速的高速上的延伸。薛定谔方程不是一个相对论方程,因为它在洛伦兹变换下不是不变的。狄拉克通过提出狄拉克海扩展了薛定谔方程,建立了相对论量子力学。

在相对论量子力学中,问题是狄拉克方程不能解释真空中虚偶的产生和衰变。这就是为什么要用不确定原理来证明真空中虚偶的产生和衰减。费曼在一系列图中提出了基本粒子计算的行为,称为费曼图,也包括虚偶的产生和真空的衰变。考虑无质量光子是一个假设(1,2,3)。


狄拉克方程


1928年,保罗·狄拉克发表了一篇题为《电子的量子理论》的论文,狄拉克方程是薛定谔方程计算粒子波函数的推广,也符合狭义相对论。狄拉克在Klein-Gordon方程的基础上对该方程进行了扩展。狄拉克也能用他的方程预测反物质的存在,后来也用实验证实了这一点。狄拉克在出版的一本书中提出了他的方程的主要形式:

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对于特殊情况p = 0的质点,我们有:

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狄拉克方程预言了一个负能量粒子的存在,他面对的是不相信物理学家的人。


迪拉克海


狄拉克海是一个引入真空的理论模型,真空是由无限的负能量粒子组成的海洋。狄拉克在1930年首次提出了这个模型。狄拉克用这个模型在他的方程中解释负能量的量子态,并证明相对论性电子。狄拉克推断,所有负能量的状态都被电子占据,而这些电子并不是自然界的一部分。这意味着在自然界之外存在着一个负能量的电子海洋。他还推论出,有了高能光子,我们可以从这个海洋中,拿走一个带负能量的电子,把它转换成一个带正能量的普通电子。

负能量的不存在意味着正能量的存在,因此洞的行为方式就好像它是一个具有正能量的粒子。另一方面,负电荷的不存在意味着正电荷的存在。这个类似空穴粒子的电子带正电荷,我们称之为正电子。

在CPH理论中,通过定义光子的结构,狄拉克海不仅是正电子的一个物理事实,而且是不可分割的自然的一部分,甚至我们可以从它得出韦尔费米子。自旋为1/2的费米子静止质量为零,与电子相似(在量子力学中)。

在“电子-正电子”的成对产生中,明确指出“负能量”的表达式不适用于这些后来被称为反粒子的粒子类型。事实上,电子和正电子的不同电学性质必须在它们产生者的结构中进行研究,这意味着要在光子的结构中找到它们。

另一方面,如果一个全能量的光子(伽马)具有这种优点,可以转换成两个带不同电荷的粒子,所有的光子都独立于它们的频率,携带电磁能量。这种电磁能量的优点必须在依赖于光子的电场和磁场中进行研究,光子可以转化为带不同电荷的电子和正电子。


从狄拉克方程到光子结构


在“电子-正电子”成对产生过程中,一个自旋为1且能量至少为1.022 MeV的光子被转化为两个费米子,电子和自旋为1/2的正电子,因此我们有:

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根据狄拉克方程的关系式,上述关系式是有理的。在成对的衰变中,我们将有:

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亚量子能量


为了解释和定义亚量子能量,有必要分析我们已有的关系方程:

在一般状态下,上述方程不接受质量和能量对其值的任何限制。此外,在零质量(粒子的零静止质量)的极限下,将狄拉克方程简化为韦尔方程。韦尔方程预测费米子的存在,它们的静止质量为零(在他的文章“引力和电子”中),但它们的自旋为1/2。因为这里的目的是研究和识别光子的结构。我们将矩阵约简如下,现在我们称它为矩阵A,直到经过计算和必要的结论,我们为它选择一个特殊的概念:

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在一般状态下,上述方程不接受质量和能量对其值的任何限制。此外,在零质量(粒子的零静止质量)的极限下,将狄拉克方程简化为韦尔方程。韦尔方程预测费米子的存在,它们的静止质量为零(在他的文章“引力和电子”中),但它们的自旋为1/2。因为这里的目的是研究和识别光子的结构。我们将矩阵约简如下,现在我们称它为矩阵A,直到经过计算和必要的结论,我们为它选择一个特殊的概念:

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在一个特殊的情况下,一个高能光子和一个重核碰撞;

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这被称为电子和正电子成对产生的过程。因此,在一般情况下,对于自旋为1/2的两个费米子,有一种可能的情况描述了电子-正电子对的产生。

但也有可能发生其他情况,包括能量小于E = 1.022 MeV的光子可以衰变为两个自旋为1/2的费米子,它们以光速运动,这是对韦尔费米子的描述它们被称为无质量费米子或韦尔费米子。

根据坎普顿效应和引力蓝移,光子的能量可以减少或增加而不改变其物理性质(除了能量和频率)。这意味着无论增加到光子的能量,它都具有相同的光子的总属性(电磁能量的属性)。换句话说,除了能量值,所有的光子都有共同的物理特性。因此,至少电磁能量可以定义为:

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在上述关系中,负号并不意味着负能量(或负质量),因为正电子在成对产生中不是负能量或负质量。符号+,-表示带电粒子周围的电磁场,并携带着与带电粒子周围相同类型的电磁能量。

因此,光子是由两种正、负的亚量子能量组成的,我们用算子表示为:

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很明显,亚量子能量的自旋(SQE)等于1/2。一般情况下,上面的方程可以用正负子量子的定义来表示,我们用电磁能量的符号gamma代替A,如下所示,其中k是一个自然数:

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正虚光子携带正的电场形成正的电场,负虚光子携带负的电场形成负的电场。每个实光子都是由两个虚光子构成的。因此,我们有:

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由于带电粒子相互吸收或排斥,对中性粒子不起作用,同名虚光子相互排斥,非同名虚光子相互吸收,形成量子能量,导致两个非同名带电粒子加速向对方靠近。


亚量子能量和费曼图


在量子电动力学中,带电粒子(例如电子和正电子)通过传播和吸收光子(携带电磁力的粒子)相互作用,这些相互作用被不确定性原理证明。甚至费曼图也是描述物理过程的一种表现形式。而通过使用亚量子能量和正负虚光子,带电粒子之间的相互作用可以解释为物理分析和数学计算。例如,注意两个电子的斥力(图)。

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正电子和电子的吸收情况如图所示。

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根据光子在引力中的行为,我们也可以描述子量子能量、虚光子和光子的结构。

许多文章表明,光子具有质量和电荷的上限,这与实验观察一致。理论和实验并不局限于光子,引力子也将包括在内。对于引力,甚至关于引力子静止质量的概念也有激烈的争论。

近几十年来,人们一直在讨论光子的结构,物理学家们也在研究光子的结构。一些证据表明光子由正电荷和负电荷组成。此外,新的实验表明,每个时刻的吸收概率取决于光子的形状,而且光子大约有4米长,这与非结构概念是不相容的。


光子与引力场


为了研究和理解光子的结构,我们需要描述光子的频率和能量之间的关系。光子在引力场中频率的变化已由庞德-瑞布卡实验证明。当光子向地球落下等于y的距离时,根据能量守恒定律,我们有:

Color-charges和magnetic-color

能量最低的光子也会携带电场和磁场。因此,进入光子结构的引力子的特征必须以一种解释光子能量的方式表现出来,描述电场和磁场强度的增加。换句话说,一些引力子会增加光子的电场,而另一些引力子会增加磁场的强度。此外,不仅一个能量最低的光子是由一些引力子形成的,而且形成的成员也具有电和磁特性,这在CPH理论中被称为色电荷和色磁。下一步是通过注意光子在引力场中进入引力蓝移时能量的变化来确定色电荷和磁颜色。

通过产生正电场和负电场,在电场周围形成两个磁场。因此,它将被制成两组磁色。因此CPH矩阵的定义如下:

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CPH矩阵表示光子的最小能量。


Sub-Quantum能源(SQE)


我们用CPH矩阵定义正、负子量子能量如下:CPH矩阵的第一列定义为正子量子能量,CPH矩阵的第二列定义为负子量子能量,因此;

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正、负亚量子能量的速度和能量大小相等,它们之间的区别只是它们的色电荷和磁色流动方向的符号。


虚拟光子


虚光子有两种类型,正虚光子和负虚光子,定义如下:

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一个实光子由一个正虚光子和一个负虚光子组成:

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这里,n和k是自然数。到目前为止,电磁能量(光子)的产生是通过使用引力蓝移来描述的,在反向现象中光子衰减为负的和正的虚光子。在红移中,虚光子也会衰变为正的和负的亚量子能量(SQEs),而亚量子能量(SQEs)也会衰变为色电荷和磁色。颜色电荷和磁颜色彼此远离,失去它们对彼此的影响而成为引力子。此外,光子结构中sqe的个数与光子的能量(频率)也有一定的关系。此外,这一关于引力子的新观点表明,引力子的恒等式是变化的,事实上它具有自旋可变的质量。

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光子是正负虚光子的组合。光子是一个非常弱的电偶极子,这与经验是一致的,这些文章都断言。此外,光子(极弱电偶极子)的这种性质可以描述带电粒子吸收和发射能量

我们可以描述零点能量产生的机制。当引力子的密度在空间中增加时,一些核磁共振粒子质量为m(G)的引力子彼此相邻,相互作用被记录下来,它们被转换为色电荷,数个引力子被转换为磁色。最后,亚量子能量产生虚光子,虚光子形成真光子。关于真空能量,即使在真空中没有光子的情况下,麦克斯韦方程也可以在真空中推广,如下:

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通过改变光子电场,磁场也随之改变。在这种情况下,引力子也转化为磁性载流子,进入光子结构;

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其中i, j是自然数。当引力子的密度在空间中增加时,引力子相互作用,它们获得电场和磁场,并产生电磁能量。根据以上描述,对于引力红移和蓝移现象,一般可以得出:

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对光子结构的关注以及对重子、带电粒子和交换粒子的新定义,将改变我们对现代物理学的看法。它还为我们提供了一种新的工具,能够以更好的方式克服物理问题。这种方法将向我们展示粒子是如何形成的,以及物理对称性何时会自发破坏。
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