Selbstenergie

Selbstenergie

In der klassischen Physik versteht man unter der Selbstenergie einer Ladungsverteilung diejenige Energie, die erforderlich ist, um die Ladungsverteilung aus ursprünglich unendlich weit entfernten Bestandteilen zusammenzusetzen.

In der Quantenfeldtheorie nennt man die störungstheoretischen Korrekturen zum Propagator Selbstenergie.

Klassische Physik

Ist die Ladung Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): q gleichmäßig auf eine Kugeloberfläche mit Radius Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): R verteilt, so verschwindet das elektrische Feld im Inneren der Kugel, und die gesamte Feldenergie außerhalb beträgt:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): E = \frac{1}{8 \pi \varepsilon_0} \cdot \frac{q^2}{R}

Setzt man diese Energie mit der Ruheenergie Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): E = m_e c^2 des Elektrons gleich, so erhält man daraus für Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): R den halben klassischen Elektronenradius. Würde man die Elementarladung auf eine Kugelschale mit weniger als dem halben klassischen Elektronenradius konzentrieren, so wäre nach der klassischen Physik also schon die Selbstenergie dieser Ladungsverteilung größer als die Ruheenergie des Elektrons.

Quantenfeldtheorie

In der Quantenfeldtheorie bezeichnet die Selbstenergie (auch Massenterm) die Beiträge aller Diagramme mit einer einlaufenden und einer auslaufenden Linie.

Als irreduzibler Selbstenergieeinschub (Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \Sigma ) wird ein Selbstenergieeinschub bezeichnet, der sich nicht durch Auftrennen einer Linie in zwei getrennte Anteile zerlegen lässt. Es werden also beispielsweise in diesem Fall nicht die Diagramme erfasst, in denen mehrere Schleifen getrennt hintereinander folgen. Die Selbstenergie wird dann als Summe der Beiträge aller irreduziblen Selbstenergieeinschübe definiert. Die Verknüpfung von Selbstenergieoperator (Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \Sigma ) sowie den freien Propagator (Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): G_0^{} ) und angezogenen Propagator (Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): G ) beschreibt gerade die Dyson-Gleichung:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): G = G_0 \sum_{j = 0}^\infty (\Sigma G_0)^j = G_0 + G_0 \Sigma G_0 + G_0 \Sigma G_0 \Sigma G_0 + \dots

Dies entspricht der folgenden diagrammatischen Darstellung:

Datei:Dyson.svg

Das Aufsummieren der geometrischen Reihe ergibt

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): G = \frac{G_0}{1 - \Sigma G_0}

Ein Selbstenergiediagramm heißt Skelett, falls es ausschließlich aus Propagatoren aufgebaut wird, die keine Selbstenergieeinschübe, also Schleifen, enthalten. Ein angezogenes Skelett ist ein Skelett aus der Entwicklung der Selbstenergie, bei dem jeder freie Propagator durch einen Propagator ersetzt wurde, der um die Selbstenergie korrigiert wurde. Damit ist die Selbstenergie die Summe der Beiträge aller angezogenen Skelette.

Die Darstellung der Selbstenergie als Summe der Beiträge aller angezogenen Skelette und die Dyson-Gleichung bilden ein Gleichungssystem, das gleichzeitig (selbstkonsistent) zu lösen ist. Dies kann iterativ geschehen, bis bei Selbstkonsistenz abgebrochen werden kann. Dies führt auf die selbstkonsistente Renormierung.

Der einfachste Fall der Dyson-Gleichung, die Zweipunktfunktion, betrachtet gerade die Selbstenergie.

Literatur

  • A. L. Fetter, and J. D. Walecka, Quantum Theory of Many-Particle Systems (McGraw-Hill, New York, 1971); (Dover, New York, 2003)
  • J. W. Negele, and H. Orland, Quantum Many-Particle Systems (Westview Press, Boulder, 1998)
  • A. A. Abrikosov, L. P. Gorkov and I. E. Dzyaloshinski (1963): Methods of Quantum Field Theory in Statistical Physics Englewood Cliffs: Prentice-Hall.

Siehe auch