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Type: TCC
Title: O paradoxo de Klein em diferentes acoplamentos na equação de Klein-Gordon
Authors: Santos, Felipe José Lima dos
Advisor: Costa Filho, Raimundo Nogueira da
Keywords: Equação de Klein-Gordon;Paradoxo de Klein;Teoria quântica relativística;Acoplamento escalar
Issue Date: 2022
Citation: SANTOS, F. J. L. O paradoxo de Klein em diferentes acoplamentos na equação de Klein-Gordon. 2022. 95 f. Monografia (Bacharelado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Abstract in Brazilian Portuguese: No presente trabalho, a equação de Klein-Gordon é desenvolvida e utilizada no potencial degrau unidimensional através de uma mistura arbitrária de acoplamentos distintos. Para contextualização, a equação de Schrödinger é estudada e aplicada no mesmo potencial, sendo usada posteriormente como base de comparação para a teoria relativística. Explora-se em ambas as teorias, a equação da continuidade, partículas livres, a adição de potenciais externos e estados estacionários. Na adição de potenciais externos, duas formas de acoplamentos à função de onda são distinguidos, o acoplamento vetorial e o acoplamento escalar. Então, uma mistura arbitrária de ambos acoplamentos é aplicada na equação de Klein-Gordon. A seguir, a equação de Klein-Gordon unidimensional é aplicada ao potencial degrau, donde a teoria revela três classes de soluções em sua região positiva. Em uma dessas classes, é possível conhecer o paradoxo de Klein e analisar a influência do acoplamento de origem escalar no mecanismo de produção de pares partículas-antipartículas. Percebe-se, por exemplo, que tal mecanismo ocorre apenas quando o acoplamento vetorial supera em proporção o acoplamento escalar. Além disso, a presença de um acoplamento escalar na mistura, mesmo que pequena, já é capaz de aumentar o limiar de energia de produção de pares. Por fim, observa-se que o uso de um potencial escalar também influencia na precisão da localização de uma partícula no contexto da mecânica quântica relativística, levando à introdução do conceito de comprimento de onda de Compton efetivo para se evitar aparentes paradoxos.
Abstract: In this work, the Klein-Gordon equation was developed and used in the one-dimensional step potential through an arbitrary mixing of distinct couplings. For contextualization, the Schrödinger equation is studied and applied in the same potential and is later used as a basis for comparison with relativistic theory. Current issues like the continuity equation, free particle, addition of external potentials, and stationary states are explored in both theories. In the addition of external potentials, two couplings are distinguished for the wave equation, the vector coupling and the scalar one. Then, an arbitrary mixing of both couplings is applied to the Klein-Gordon equation. Thereafter, the one-dimensional Klein-Gordon equation is applied to the step potential, where the theory leads to three classes of solutions in its positive interval. In one of these classes, it is possible to learn about the Klein paradox and analyze the influence of scalar coupling on the mechanism of particle-antiparticle pair prodution. It is showed, for example, that the mechanism occurs only when the vector coupling exceeds in proportion the scalar one. Moreover, the presence of a scalar coupling, even a small one, contributes for increasing the threshold energy for the pair production. Lasty, it is observed that the use of a scalar potential also influences the accuracy of the localization of a particle in relativistic quantum mechanics, leading to the introduction of the effective Compton wavelength concept to avoid apparent paradoxes.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/70381
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