1926年9月,在福勒的建议之下,狄拉克前往位于哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所作了一段时间的研究。在哥本哈根的这段期间,狄拉克持续量子力学的研究,发展出了涵盖波动力学与矩阵力学的广义理论。这个方法与经典哈密顿力学理正则变换相类似,允许使用不同组的变量基底。此外,为了处理连续的变量,狄拉克引入了新的数学工具—狄拉克δ函数。

狄拉克也开始研究辐射理论。在他的文章“吸收和放出辐射的量子理论”中,他运用二次量子化的技巧将波函数量子化,进一步将光子辐射与玻色-爱因斯坦统计连结起来。在这个方法中,粒子集合的量子态是以其粒子在各能态中的分布来表示,并以粒子的创造与消灭来对量子态作改变。
狄拉克展示了两种方法是等价的,将电磁场以光子处理或将场作量子化。事实上,这个工作引发了新的物理课题—量子场论,而二次量子化则成为后来量子电动力学的基础。
1927年2月狄拉克来到哥廷根,在此他待了几个月并结识了赫尔曼·外尔、马克斯·玻恩、罗伯特·奥本海默等人。
二战期间
二次大战开战之后,由于缺乏足够的教职人员,狄拉克在教学上的负担加重。另外,他还必须指导许多研究生。在之前,狄拉克一向试图避免这类的责任,而更倾向独自一人作研究。其中的例外是在1930
到1931年接手指导了福勒的学生钱德拉塞卡,以及1935到1936年因为马克斯·玻恩离开剑桥去了爱丁堡而收了两个原先玻恩指导的学生。一生之中,狄拉克所指导的学生不到十二人(大部分在1940、50年代)。
战争期间,狄拉克投入研发同位素分离法以取得铀235。这在原子能的应用上是极关键的技术。他与彼得·卡皮查尝试开发用离心机将气体混合物分离的方法,但其实验后来因卡皮查受困俄国而停摆。
1941年,狄拉克与牛津大学法兰西斯·西蒙的团队展开合作,提供了许多对于统计方法的实用意见。这些方法在今日人们依然在使用。
此外,他还是伯明翰团队在计算临界质量上的非正式顾问。

与世长辞
1984年,狄拉克在佛罗里达州塔拉哈西过世,并埋葬于当地的罗斯兰公墓。狄拉克童年在布里斯托所居住的房子挂上了蓝色牌匾,房子所在的道路也被命名为狄拉克路以彰显他与这个地区的联结。当地主教路小学的墙上挂上了一块牌子,展示了狄拉克最著名的狄拉克方程。
1991年8月1日,狄拉克父亲家乡的圣莫里斯花园立起了纪念石。1995年11月13日,一块以伯灵顿绿色板岩作为原料并刻上了狄拉克方程的纪念石板在西敏寺首次亮相。牧师团长爱德华·卡彭特曾因狄拉克是无神论者而反对此事,其意见被置之不理。
1975年,狄拉克在新南威尔士大学给了一系列五个演讲。这系列演讲后来集结出版成了《物理学的方向》(1978年)一书。他将这本书的版税捐给新南威尔士大学设立了狄拉克系列讲座。狄拉克银质奖章便是在这个场合下由校方所颁发的奖项。
在狄拉克去世之后,立即有两个研究机构设了年度奖项来纪念狄拉克:英国物理学会颁发狄拉克奖章和奖金以表扬“在理论(包含数学和计算方法)物理上的杰出贡献”。
最初的三个获奖人分别为史蒂芬·霍金(1987年)、约翰·斯图尔特·贝尔(1988年)和罗杰·彭罗斯(1989年);国际理论物理中心(International Centre for Theoretical Physics,简称:ICTP)在每年8月8日(狄拉克的生日)颁发ICTP狄拉克奖章。另外,英国物理学会在布里斯托的出版总部取名作狄拉克楼。
佛罗里达州立大学的狄拉克-赫尔曼奖是由布鲁斯·赫尔曼博士(狄拉克最后一个博士学生)于1997年所设立以奖励该校理论物理研究人员的杰出表现。
位于佛罗里达州立大学的保罗·狄拉克科学图书馆,1989年由曼琪所成立。狄拉克生前的论文都收藏于此,馆外则设有其铜像。

佛罗里达州塔拉哈西国家强磁实验室所在的那条路被命名为“Paul Dirac Drive”。而在他的家乡布里斯托,迪高特镇上的一条路被命名为“Dirac Way”。英国广播公司将其开发的一种影像压缩格式以狄拉克命名。
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