Дирака уравнение

Дира́ка уравнение

Квантовое уравнение движения электрона, удовлетворяющее требованиям относительности теории (См. Относительности теория); установлено П. Дираком в 1928. Из Д. у. следует, что электрон обладает собственным механическим моментом количества движения — Спином, равным ћ/2, а также собственным магнитным моментом, равным Магнетону Бора eћ/mc, которые ранее (1925) были открыты экспериментально (e и m — заряд и масса электрона, с — скорость света, ћ — Планка постоянная). С помощью Д. у. была получена более точная формула для уровней энергии атома водорода (и водородоподобных атомов), включающая тонкую структуру уровней (см. Атом), а также объяснён Зеемана эффект. На основе Д. у. были найдены формулы для вероятностей рассеяния фотонов свободными электронами (Комптона-эффекта (См. Комптона эффект)) и излучения электрона при его торможении (Тормозного излучения (См. Тормозное излучение)), получившие экспериментальное подтверждение. Однако последовательное релятивистское описание движения электрона даётся квантовой электродинамикой (См. Квантовая электродинамика).

Характерная особенность Д. у. — наличие среди его решений таких, которые соответствуют состояниям с отрицательными значениями энергии для свободного движения частицы (что соответствует отрицательной массе частицы). Это представляло трудность для теории, т.к. все механические законы для частицы в таких состояниях были бы неверными, переходы же в эти состояния в квантовой теории возможны. Действительный физический смысл переходов на уровни с отрицательной энергией выяснился в дальнейшем, когда была доказана возможность взаимопревращения частиц. Из Д. у. следовало, что должна существовать новая частица (античастица (См. Античастицы) по отношению к электрону) с массой электрона и электрическим зарядом противоположного знака; такая частица была действительно открыта в 1932 К. Андерсоном и названа Позитроном. Это явилось огромным успехом теории электрона Дирака. Переход электрона из состояния с отрицательной энергией в состояние с положительной энергией и обратный переход интерпретируются как процесс образования пары электрон-позитрон и аннигиляция такой пары (см. Аннигиляция и рождение пар).

Д. у. справедливо и для др. частиц со спином 1/2 (в единицах ћ) — мюонов (См. Мюоны), Нейтрино. Для протона и нейтрона, также обладающих спином 1/2, оно приводит к неправильным значениям магнитных моментов: магнитный момент «дираковского» протона должен быть равен ядерному магнетону eћ/2Мc (М — масса протона), а нейтрона (поскольку он не заряжен) — нулю. Опыт же даёт, что магнитный момент протона примерно в 2,8 раза больше ядерного магнетона, а магнитный момент нейтрона отрицателен и по абсолютной величине составляет около 2/3 от магнитного момента протона. Аномальные магнитные моменты этих частиц обусловлены их сильными взаимодействиями (См. Сильные взаимодействия).

Лит: Бройль Л. де, Магнитный электрон, пер. с франц., Хар., 1936.