シュウィンガー効果とは？わかりやすく解説

実験的検証

量子電磁気学における元来のシュウィンガー効果は、極めて強い電場強度が必要となるため、現在まで観測されていない。電場強度がシュウィンガー限界（英語版）（約 $10^{18}$ V/m）を下回ると、対生成は指数関数的に抑制される。現在および計画中のレーザー施設では、これは実現不可能なほど強い電場強度であるため、このプロセスを増幅し、観測に必要な電場強度を低減するための様々なメカニズムが提案されている。

対生成率は時間依存の電場中で著しく増加する可能性があり^[5]^[6]^[7]、これはELI（Extreme Light Infrastructure）（英語版）などの高強度レーザー実験によって追求されている。^[8]もう1つの可能性は、それ自体が強い電場を生じる高電荷の原子核を考慮することである^[9]。

電磁双対性（英語版）により、シュウィンガー効果に対応する磁気的効果は、もし存在するならば、磁気単極子を生成するはずである^[10]。大型ハドロン衝突型加速器を使用したMoEDAL実験（英語版）による探索では、単極子は検出されず、分析では、95%の信頼度水準で単極子質量の下限が75 GeV/c²であると示された^[11]。

2022年1月、アンドレ・ガイム率いる英国立グラフェン研究所（英語版）の研究者とその共同研究者らは、六方晶窒化ホウ素（G/hBN）上のグラフェン超格子とねじれ二層グラフェン（TBG）超格子のディラック点（英語版）において、電子-正孔間におけるシュウィンガー効果の類似過程を観測したと報告した。ツェナー=クライン・トンネル効果（ツェナー効果とクライン・トンネル効果（英語版）の混合^[12]）としての解釈も行われている^[13]^[14]^[15]。2023年6月、パリのエコール・ノルマル・シュペリュール（Ecole Normale Supérieure）（英語版）の研究者とその共同研究者らは、ドープグラフェントランジスタにおける１次元構造中でのシュウィンガー効果（に対応する効果）による対生成率の定量測定を報告した^[16]。

引用

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