10. Huai-Yu Wang, Many-body theories .....

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Volume 36: Pages 198-211, 2023


Many-body theories for negative kinetic energy systems


Huai-Yu Wanga)


Department of Physics, Tsinghua University, Beijing 100084, China


In the author’s previous works, it is derived from the Dirac equation that particles can have negative kinetic energy (NKE) solutions, and they should be treated on an equal footing as the positive kinetic energy (PKE) solutions. More than one NKE particles can make up a stable system by means of interactions between them and such a system has necessarily negative temperature. Thus, many-body theories for NKE systems are desirable. In this work, the manybody theories for NKE systems are presented. They are Thomas–Fermi method, Hohenberg–Kohn theorem, Khon–Sham self-consistent equations, and Hartree–Fock self-consistent equations. They are established imitating the theories for PKE systems. In each theory, the formalism of both zero temperature and finite negative temperature is given. In order to verify that tunneling electrons are of NKE and real momentum, an experiment scenario is suggested that lets PKE electrons collide with tunneling electrons.


Dans les travaux antérieurs de l'auteur, il découle de l'équation de Dirac que les particules peuvent avoir des solutions d'énergie cinétique négative (NKE), et elles doivent être traitées sur un pied d'égalité avec les solutions d'énergie cinétique positive (PKE). Plusieurs particules NKE peuvent constituer un système stable au moyen d'interactions entre elles et un tel système a nécessairement une température négative. Ainsi, les théories à plusieurs corps pour les systèmes NKE sont souhaitables. Dans ce travail, les théories à plusieurs corps pour les systèmes NKE sont présentées. Ce sont la méthode de Thomas-Fermi, le théorème de Hohenberg-Kohn, les équations auto-cohérentes de Khon-Sham et les équations auto-cohérentes de Hartree-Fock. Ils sont établis en imitant les théories des systèmes PKE. Dans chaque théorie, le formalisme de la température nulle et de la température négative finie est donné. Afin de vérifier que les électrons tunnel sont de NKE et d'impulsion réelle, un scénario expérimental est proposé qui laisse les électrons PKE entrer en collision avec des électrons tunnel.


Key words: Negative Kinetic Energy Schrödinger Equation; Negative Kinetic Energy System; Negative Temperature; Many-Body Theory; Thomas–Fermi Method; Hohenberg–Kohn Theorem; Kohn–Sham Equation; Hartree–Fock Self- Consistent Equation.


Received: March 9, 2023; Accepted: April 17, 2023; Published Online: May 12, 2023


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