Feynman-Stückelberg-Interpretation

Die Feynman-Stückelberg-Interpretation ist ein wichtiges Werkzeug bei der Anwendung der Dirac-Gleichung. Sie erklärt vor allem die Frage nach der Deutung der Lösungen oder Zustände mit negativen Energien. Diese wurden ursprünglich durch Dirac selbst mit Hilfe des sogenannten Dirac-Sees gedeutet, was aber aus physikalischer Sicht den Nachteil hat, dass eine unendlich hohe Masse ohne gravitative Wirkung angenommen wird. Aufgrund der Deutung der Zustände mit negativer Energie durch Feynman und Stückelberg wird der Dirac-See heute als nicht real angesehen.

Mit Hilfe der Feynman-Stückelberg-Interpretation kann neben der Berechnung der relativistischen Dynamik von Elektronen auch das Verhalten der korrespondierenden Antiteilchen, also der Positronen, korrekt beschrieben werden. Erst so können viele elementare Prozesse der Quantenelektrodynamik, wie beispielsweise der Wirkungsquerschnitt für die Paarerzeugung oder die Paarvernichtung von Elektronen und Positronen, unter Zuhilfenahme der Feynman-Diagramme vergleichsweise einfach berechnet werden. Der quantemechanische Zustand eines realen Positrons mit positiver Energie wird dabei durch einen korrespondierenden Zustand eines Elektrons mit negativer Energie in einem gespiegelten Raum und umgekehrter Zeitrichtung beschrieben. Die umgekehrte Zuordnung zwischen Elektron und Positron ist theoretisch auch zulässig, denn es besteht zwischen dem Elektron und einem Positron die sogenannte CPT-Symmetrie. Diese Transformation setzt sich aus den drei einzelnen Transformationen, bei denen die Ladung (engl. Charge), Parität (Parity) und Zeitrichtung (Time) jeweils umgekehrt werden, zusammen. Im Gegensatz zu den Gleichungen der elektroschwachen Wechselwirkung besitzt die Dirac-Gleichung mit Kopplung an das elektromagnetische Feld alle drei der genannten Symmetrien, sowie deren Kombinationen, wie beispielsweise CP.

Literatur

• Cours de physique stueckelberg (französisch)
• Richard P. Feynman: Quantenelektrodynamik – Eine Vorlesungsmitschrift. Mit einem Anhang von Harald Fritzsch. 4., durchgesehene Auflage. Oldenbourg, München u. a. 1997, ISBN 3-486-24337-3.
• Walter Greiner: Theoretische Physik. Band 6: Relativistische Quantenmechanik. Wellengleichungen. 2. überarbeitete und erweiterte Auflage. Deutsch, Thun u. a. 1987, ISBN 3-8171-1022-7
• James D. Bjorken, Sidney D. Drell: Relativistische Quantenmechanik (= BI-Hochschultaschenbücher. Bd. 98/98a). Unveränderter Nachdruck. Bibliographisches Institut, Mannheim u. a. 1990, ISBN 3-411-00098-8 (englische Originalausgabe: Relativistic Quantum Mechanics. McGraw Hill, New York NY u. a. 1964)
• James Bjorken, Sidney Drell: Relativistische Quantenfeldtheorie (= BI-Hochschultaschenbücher. Bd. 101). Unveränderter Nachdruck. Bibliographisches Institut, Mannheim u. a. 1993, ISBN 3-411-00101-1 (englische Originalausgabe: Relativistic Quantum Fields. McGraw Hill, New York NY u. a. 1965)
• Stephen Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit (= rororo. rororo-Sachbuch. rororo Science 60555). Neuausgabe, 456. – 475. Tausend. Rowohlt, Reinbek bei Hamburg 1998, ISBN 3-499-60555-4, S. 185 ff.