Paradoxe de Klein

En mécanique quantique relativiste, le paradoxe de Klein est un paradoxe lié à l'équation de Dirac découvert par Oskar Klein.

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Physique quantique

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En mécanique quantique relativiste, le paradoxe de Klein est un paradoxe lié à l'équation de Dirac découvert par Oskar Klein. Le paradoxe apparait quand on tente d'interpréter certaines solutions de l'équation de Dirac dans le cadre d'une théorie décrivant une seule particule.

Description

Supposons un électron d'énergie E classiquement confiné dans le demi-espace x < 0 par un potentiel en marche d'escalier de hauteur finie V > E (on suppose originellement que V - E < mc²). Sa description quantique via l'équation de Dirac montre qu'il existe dans le demi-espace x > 0 une onde évanescente, qui pénètre sur une faible épaisseur dans la région classiquement interdite, avec une amplitude exponentiellement décroissante. On pourrait penser diminuer cette pénétration en augmentant la hauteur de V. Malheureusement, quand V devient supérieur à E + mc², l'amplitude de l'onde dans le demi-espace x > 0 devient constante : l'onde n'est plus evanescente, l'électron n'est plus confiné à gauche. Pire que cela, l'onde réfléchie a une amplitude qui devient supérieure à celle de l'onde incidente !

Ce paradoxe se résout en abandonnant la description à une particule, c'est-à-dire en se plaçant dans le cadre de la théorie quantique des champs : quand V devient supérieur à E + mc², il y a création de paires électron-positron.

Références

Claude Itzykson & Jean-Bernard Zuber ; Quantum Field Theory, McGraw Hill (1985), ISBN 0-07-Y66353-X, pp. 62-63.

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