Das Schwinger-Limit ist ein Grenzwert in der Quantenelektrodynamik (QED), ab dem nichtlineare Effekte für die elektrische Feldstärke erwartet werden. Die einzige Skala in der QED ist die Masse des Elektrons $ m_\mathrm e $. Daher ist das Schwinger-Limit vergleichbar mit dem kritischen Feld
- $ E_\mathrm S = \frac{m_\mathrm e^2 c^3}{e\hbar} \approx 1{,}3 \cdot 10^{18} {\rm \frac{V}{m}} $
Julian Schwinger zeigte in einem grundlegenden Aufsatz von 1951, dass bei solchen Feldstärken das QED-Vakuum instabil ist und durch Erzeugung von $ e^+e^- $ - Paaren zerfällt. Schwinger berechnete dort die effektive QED-Lagrange-Dichte $ {\mathcal L}_\mathrm{eff} $ für konstantes äußeres Feld und in Einschleifen-Näherung. Dieser hat den Imaginäranteil
- $ \Im {\mathcal L}_{\mathrm{eff}} = \frac{e^2E^2}{4\pi^3} \sum_{n=1}^\infty \frac{1}{n^2}\exp \left\{ -n\pi \frac{m_\mathrm e^2}{eE} \right\} $
Er bestimmt nach $ \left|\langle \mathit{Vac} | \mathit{Vac}'\rangle\right|^2 = \left|\exp(-\mathrm i {\mathcal L}_{\mathrm{eff}}) \right|^2 = \exp\left(2 \Im {\mathcal L}_{\mathrm{eff}} \right) $ den Übergang in ein anderes Vakuum.
Bis 2014 waren Laser nicht stark genug, um diese Feldstärken zu erreichen, zukünftige Laser könnten dazu aber in der Lage sein.[1]
Literatur
J. Schwinger: On Gauge Invariance and Vacuum Polarization, Physical Review 82, 664