Techniklexikon

Dirac-See

QuantenmechanikTeilchenphysik, Diracscher Elektronensee, eine 1930 von P. Dirac vorgeschlagene Interpretation der Zustände negativer Energie, die sich als Lösungen der Dirac-Gleichung ergeben (Diracsche Löchertheorie, Diracsche Theorie des Elektrons). Obwohl diese erste Interpretation Diracs nicht der endgültige Standpunkt blieb, sondern vom feldtheoretischen Ansatz der Quantenelektrodynamik abgelöst wurde, folgten aus ihr dennoch sehr wichtige Vorhersagen (Existenz des Positrons, dessen Ladung und Masse sowie die Phänomene der Paarerzeugung aus dem Vakuum und der Paarvernichtung, z.B. eines Elektron-Positron-Paares), die sein Erklärungsmodell heute noch als sehr instruktiv erscheinen lassen: Den Lösungen negativer Energie können in der Diracschen Löchertheorie Teilchen positiver Energie gleichen Betrages, aber entgegengesetzter Ladung zugeordnet werden. Man nimmt dazu an, dass alle Zustände negativer Energie normalerweise besetzt seien und kein Elektron mit positiver Energie vorhanden ist. Da Elektronen der Fermi-Dirac-Statistik und daher dem Paulischen Ausschlussprinzip genügen, also jeden Zustand nur einmal besetzen können, ist das prinzipiell möglich, ohne dass alle Elektronen in den energetisch tiefsten Zustand absinken. Wegen der von Null verschiedenen Masse m sind dann alle Zustände mit Energien  besetzt (Diracscher Elektronensee, kurz Dirac-See). Durch Zuführung einer Energie  kann solch ein Elektron negativer Energie auf einen Zustand positiver Energie  angehoben werden; dabei entsteht zugleich ein Loch in den Zuständen negativer Energie, das sich gegenüber dem Normalzustand durch das Fehlen einer negativen Ladung, d.h. als positive Ladung, bemerkbar macht. In einem elektrischen Feld bewegt sich dieses Loch wie ein Elektron mit positiver Ladung und positiver Energie, d.h. wie ein Positron. Die Dirac-Gleichung beschreibt daher sowohl Elektronen wie auch deren Antiteilchen, die Positronen; y(x) wird deshalb auch als Elektron-Positron-Feld bezeichnet. Die Anhebung eines Elektrons negativer Energie in einen Zustand positiver Energie entspricht daher der Erzeugung eines Elektron-Positron-Paares. [BK1]