Elettrodinamica classica/La quantizzazione delle cariche
Cerchiamo ora di scrivere l'equazione di Schrödinger di una particella in moto in presenza di un quadripotenziale . L'equazione di Schrödinger per una particella libera è:
Se la lagrangiana del sistema è
il momento coniugato a è
Nel caso quantistico, , se è il momento coniugato a . Dunque, può essere rappresentato come
e perciò:
Con un campo elettromagnetico, la lagrangiana del sistema diventa:
e quindi il momento coniugato a è:
che, in meccanica quantistica, si rappresenta come
In questo caso, l'hamiltoniana del sistema è:
Quindi, l'equazione di Schrödinger per una particella in moto in un campo elettromagnetico è:
Affinché quest'equazione sia invariante di gauge, si devono effettuare le trasformazioni , . In , dunque, ci sarà una soluzione dell'equazione di Schrödinger, e in un'altra ; nell'intersezione si ha . Poiché
allora le soluzioni devono essere periodiche in , ossia invarianti sotto : in particolare, anche l'esponenziale deve esserlo. Si ha perciò:
Questa condizione, che rappresenta la quantizzazione delle cariche (elettriche e magnetiche), è detta “condizione di quantizzazione di Dirac”. Come anticipato, l'esistenza delle cariche magnetiche giustifica la quantizzazione delle cariche elettriche.