Schwinger-Effekt

Der Schwinger-Effekt ist ein vorhergesagtes physikalisches Phänomen, bei dem Materie durch ein starkes elektrisches Feld erzeugt wird.Dieser Effekt wird auch als Sauter-Schwinger-Effekt, Schwinger-Mechanismus oder Schwinger-Paarproduktion bezeichnet.Es handelt sich um eine Vorhersage der Quantenelektrodynamik (QED), wonach Elektron-Positron-Paare in Gegenwart eines elektrischen Feldes spontan erzeugt werden und dadurch eine Abschwächung des elektrischen Feldes verursachen.Der Effekt wurde ursprünglich von Fritz Sauter im Jahr 1931 vorgeschlagen, weitere wichtige Arbeiten wurden von Werner Heisenberg und Hans Euler im Jahr 1936 durchgeführt, aber erst 1951 lieferte Julian Schwinger eine vollständige theoretische Beschreibung. Den Schwinger-Effekt kann man sich als (Zerfall eines „“) in Anwesenheit eines elektrischen Feldes vorstellen. Obwohl der Begriff des Vakuumzerfalls suggeriert, dass etwas aus dem Nichts entsteht, werden die physikalischen Erhaltungsgesetze dennoch befolgt. Insbesondere sind die elektrische Ladung und die Parität erhalten, da Elektronen und Positronen Antiteilchen des jeweils anderen sind. Auch die Energieerhaltung ist gewährleistet: Wenn ein Elektron-Positron-Paar erzeugt wird, verliert das elektrische Feld Energie, und zwar um den Betrag von , wobei die Ruhemasse des Elektrons und die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist.Deswegen sind für die Paarerzeugung anderer, schwererer Elementarteilchen (etwa Myon-Antimyon-Paare) höhere Feldstärken nötig. Der Impuls und der Drehimpuls bleiben erhalten, weil Elektron und Positron in jedem Paar mit entgegengesetzten Geschwindigkeiten und Spins erzeugt werden. Man geht davon aus, dass das Elektron und das Positron (nahezu) im Ruhezustand erzeugt und anschließend durch das elektrische Feld voneinander weg beschleunigt werden. Ein phänomenologisches Korollar zum Schwinger-Effekt ist die Hawking-Strahlung, die in einem extrem starken Gravitationsfeld, insbesondere um ein Schwarzes Loch, auftritt oder – äquivalent – der Unruh-Effekt bei extrem starker Beschleunigung.