részecskeáram

Részecskeáram egy adott helyen és időben megmutatja, hogyan áramolnak a részecskék, vagy hogyan terjed a valószínűség az adott rendszerben. Különböző fizikai keretekben ezt a jelenséget más-más formában írják le, de a közös értelmezés az, hogy a részecskék sűrűsége és a hozzájuk kapcsolódó fluxus összefüggésben marad.

Klasszikus/kinetikai megközelítésben a részecskeáram J(x,t) a helyhez kötött sűrűség és a részecskék mozgása által kialakuló fluxus. A kontinuitási egyenletre törekedve írható fel: ∂n/∂t + ∇·J = 0, ahol n(x,t) a részecskék szám­sűrűsége. A fluxus gyakran adható advekcióval J = n v (advekciós áram) és diffúzióval J = -D ∇n (Fick-féle diffúzió), így a teljes current a mozgási és diffúziós folyamatokat ötvözi.

Kvantummechanikában a primitív fogalom a valószínűségi áram, amely a hullámfüggvényből származik. Ha a generáló állapot a Schrödinger-egyenletet követi, a valószínűségi sűrűség ρ = ψ*ψ, a hozzá tartozó current pedig j = (ħ/2mi)(ψ* ∇ψ − ψ ∇ψ*) = (ħ/m) Im(ψ* ∇ψ). A kontinuitási egyenlet itt is ∂ρ/∂t + ∇·j = 0. Relatív részecskék esetében a Dirac-egyenletnél a mért állapot current j^μ = ψ̄ γ^μ ψ, amelynek divergenciája null, ∂_μ j^μ = 0, a megmaradási törvényt kifejezve.

A részecskeáram mérhető fluxusként értelmezhető: a felülethez érkező vagy onnan elhagyó részecskék száma egy adott idő alatt. A témát alkalmazzák kvantum-hidrográfiában, félvezető- és nanotechnológiában, valamint klasszikus folyadék- és gáztanban a részecskeáram modellezésére.