Izvestiya of Saratov University.

Physics

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

For citation:

Levtchenko B. B. Pair Production in a Strong Electric Field with an Account of the Coulomb Interaction. Izvestiya of Saratov University. Physics , 2010, vol. 10, iss. 2, pp. 5-12. DOI: 10.18500/1817-3020-2010-10-2-5-12

This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Full text:
download
(downloads: 138)
Language: 
Russian
Heading: 
Physics
UDC: 
530.145
DOI: 
10.18500/1817-3020-2010-10-2-5-12

Pair Production in a Strong Electric Field with an Account of the Coulomb Interaction

Autors: 
Levtchenko Boris Borisovich, Lomonosov Moscow State University
Abstract: 

In the framework of the Dirac model of vacuum the creation of е+е− pairs in a constant and uniform electric field with allowance Coulomb interaction between е+ and е− is considered. The transmission coefficient via the energy gap deformed by external field and the electric fields of particles is calculated in the semiclassical approximation. The Sauter exponential factor is modified by the exactly calculated function G(y) accounting Coulomb interaction of particles and changes in the shape of the potential barrier. When y < 1 the values of G(y) exceeds unity, testifying the suppression of pair production in comparison with the predictions of Schwinger [1] and Ritus [2]. With further increase in the field strength, y < 1 < 2, G(y) tends to zero and the probability of pair production has increased rapidly.

Key words: 
strong electric field
pair creation
Schwinger effect
coulomb interaction
Reference: 
  1. Schwinger J. On gauge invariance and vacuum polarization // Phys. Rev. 1951. Vol.82. P.664−679.
  2. Ритус В.И. Лагранжева функция интенсивного электромагнитного поля // Проблемы квантовой электродинамики интенсивного поля: Тр. ФИАН СССР. М., 1986. Т.168. С.5−51.
  3. Heisenberg W., Euler H. Folgerungen aus der Diracschen theorie des positrons // Zs. Phys. 1936. Vol.98. P.714−732.
  4. Ритус В.И. Лагранжева функция интенсивного электромагнитного поля и квантовая электродинамика на малых расстояниях // ЖЭТФ. 1975. Т.69. C.1517−1536.
  5. Sauter F. Über das verhalten eines elektrons im homogenen elektrischen feld nach der relativistischen theorie Diracs // Zs. Phys. 1931. Vol.69. P.742−764.
  6. Ритус В.И. Сдвиг массы электрона в интенсивном поле // Проблемы квантовой электродинамики интенсивного поля: Тр. ФИАН СССР. М., 1986. Т.168. С.52−119.
  7. Попов В.С. Метод мнимого времени в квантовой механике и теории поля // ЯФ. 2005. Т.68. С.717−738.
  8. Casher A., Neuberger H., Nussinov S. Chromoelectric-fluxtube model of particle production // Phys. Rev. D. 1979. Vol.20. P.179−188.
  9. Попов В.С. Рождение пар е+е− в переменном внешнем поле // ЖЭТФ. 1971. Т.61. C.1334−1342.
  10. Базь А.И., Зельдович Я.Б., Переломов А.М. Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике. М.: Наука, 1971. 544 c.
  11. Popov V.S. On Schwinger mechanism of е+е− pair production from vacuum by the field of optical and X-ray lasers // Phys. Lett. A. 2002. Vol.298. P.83−90.
  12. Буланов С.С., Нарожный Н.В., Мур В.Д., Попов В.С. О рождении электрон-позитронных пар электромагнитными импульсами // ЖЭТФ. 2006. Т.129. С.14−29.
  13. Фрёман Н., Фрёман П.У. ВКБ-приближение / Пер. с англ.; Под ред. А.А. Соколова. М.: Мир, 1967. 166 с.
  14. Fowler R.H., Nordheim L.W. Electron emission in intense electric field // Proc. Roy. Soc. (London). 1928. Vol.A119. P.173−181. 
  15. Nordheim L.W. The effect of the image force on the emission and reflection of electrons by metals // Proc. Roy. Soc. (London). 1928. Vol.A121. P.626−639.
  16. Good R.H., jr., Möller E.W. Field Emission // Handbuch der Physik / Ed. S. Flьgge. Berlin: Springer-Verlag, 1956. Vol.XXI. P.176−231.
  17. Елинсон М.И., Васильев Г.Ф. Автоэлектронная эмиссия. M.: Физматлит, 1958. 272 c.
  18. Modinos A. Field, thermionic and secondary electron emission spectroscopy. N.Y.: Plenum Press, 1983. 370 p.
  19. Levchenko B.B. On field emission in high energy colliders initiated by a relativistic positively charged bunch of particles // URL: arXiv:0608135[physics]. 2006. P.1−27.
  20. Тихомандрицкий М. Теория эллиптических интегралов и эллиптических функций. Харьков: Тип. Зильберберга, 1895. 449 с.
  21. Бейтмен Г., Эрдейи A. Высшие трансцендентные функции: В 3 т. / Пер. с англ. М.: Наука, 1967. Т.3. 300 с.
  22. Byrd P.F., Friedman M.D. Handbook of elliptic integrals for engineers and scientists: 2nd ed. N.Y.: Springer, 1971. 356 p.
  23. Ahlers M., Gies H., Jaeckel J., Redondo J., Ringwald A. Laser experiments explore the hidden sector // Phys. Rev. D. 2008. Vol.77. P.095001-095009.
  24. Parikh M.K., Wilczek F., Hawking radiation as tunneling // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol.85. P.5042−5045. 
  25. Hawking S.W. Particle creation by black holes // Commun. Math. Phys. 1975. Vol.43. P.199−220.
  26. Bloch J.S.R., Mizerny V.A., Prozorkevich A.V., Roberts C.D., Schmidt S.M., Smolyansky S.A., Vinnik D.V. Pair creation: Back reactions and damping // Phys. Rev. D. 1999. Vol.60. P.116011−116017.
  27. Pervushin V.N., Skokov V.V., Reichel A.V., Smolyansky S.A., Prozorkevich A.V. The kinetic description of vacuum particle creation in the oscillator representation // Intern. J. Mod. Phys. 2005. Vol.A20. P.5689−5704. 
  28. Hebenstreit F., Alkofer R., Gies H. Pair production beyond the Schwinger formula in time-dependent electric fields // Phys. Rev. D. 2008. Vol.78. P.061701−061705.
  • 1109 reads