Kuantum elektrodinamiği (QED), yüklü parçacıkların elektromanyetik alanla etkileşimlerinin kuantum alan teorisi. Sadece ışığın madde ile tüm etkileşimlerini değil, aynı zamanda yüklü parçacıkların birbirleriyle olan etkileşimlerini matematiksel olarak tanımlar. QED, Albert Einstein'ın özel görelilik teorisinin denklemlerinin her birinde yerleşik olduğu göreceli bir teoridir. Atomların ve moleküllerin davranışı esas olarak doğada elektromanyetik olduğundan, tüm atom fiziği teori için bir test laboratuvarı olarak düşünülebilir. QED'in en kesin testlerinden bazıları, müonlar olarak bilinen atomaltı parçacıkların özellikleriyle ilgili deneylerdir. Bu tip parçacığın manyetik momentinin teoriyle dokuz önemli basamağa uyduğu gösterilmiştir. Bu kadar yüksek doğrulukta anlaşılması, QED'i şimdiye kadar geliştirilen en başarılı fiziksel teorilerden biri haline getiriyor.
elektromanyetik radyasyon: Kuantum elektrodinamiği
Işığın kuantum doğasını gösteren en ikna edici olgular arasında şunlar bulunmaktadır. Işığın yoğunluğu azaldıkça
1928'de İngiliz fizikçi PAM Dirac, elektronların hareketini ve dönüşünü tanımlayan ve hem kuantum mekaniğini hem de özel görelilik teorisini içeren bir dalga denklemi keşfi ile QED'in temellerini attı. QED teorisi, Richard P. Feynman, Julian S. Schwinger ve Tomonaga Shin'ichirō tarafından birbirinden bağımsız olarak 1940'ların sonlarında rafine edildi ve tamamen geliştirildi. QED, yüklü parçacıkların (örneğin elektronlar ve pozitronlar) elektromanyetik kuvvetler ileten parçacıklar foton yayarak ve emerek etkileşime girdiği fikrine dayanır. Bu fotonlar “sanal”; yani, hiçbir şekilde görülemezler veya tespit edilemezler çünkü varlıklarının enerjisi ve momentumun korunmasını ihlal eder. Foton değişimi sadece etkileşimin “kuvveti” dir, çünkü etkileşen parçacıklar bir fotonun enerjisini serbest bıraktıklarında veya emdiklerinde hızlarını ve hareket yönlerini değiştirirler. Fotonlar ayrıca serbest bir halde de yayılabilir, bu durumda ışık veya diğer elektromanyetik radyasyon formları olarak görülebilirler.
İki yüklü parçacığın etkileşimi, karmaşıklığı arttıran bir dizi işlemde ortaya çıkar. En basitinde, sadece bir sanal foton söz konusudur; ikinci dereceden bir süreçte iki tane vardır; ve benzerleri. İşlemler, parçacıkların sanal foton değişimi ile etkileşime girebileceği tüm olası yollara karşılık gelir ve her biri, Feynman diyagramları aracılığıyla grafiksel olarak temsil edilebilir. Dikkate alınan sürecin sezgisel bir resmini sunmanın yanı sıra, bu tür diyagram, ilgili değişkenin nasıl hesaplanacağını kesin olarak belirler. Her atomaltı süreci bir öncekinden daha zor hesaplanır ve sonsuz sayıda süreç vardır. Bununla birlikte, QED teorisi, süreç ne kadar karmaşıksa, yani süreçte değiş tokuş edilen sanal fotonların sayısının o kadar fazla olduğunu ve gerçekleşme olasılığının o kadar az olduğunu belirtir. Karmaşıklık her seviye için, işlemin katkı α tarafından verilen bir miktarda azalmaktadır 2 bir sayısal değer ile -ki α ince yapı sabiti olarak adlandırılır boyutsuz bir miktarı, bir (e eşit , 1 / 137). Bu nedenle, birkaç seviyeden sonra katkı ihmal edilebilir. Daha temel bir şekilde α faktörü elektromanyetik etkileşimin gücünün bir ölçüsüdür. E 2 / 4πε o [planck] c'ye eşittir, burada e elektron yüküdür, [planck] Planck sabiti 2 constant'ye bölünür, c ışık hızıdır ve ε o boş alanın geçirgenliğidir.
QED, ince yapı sabitinin küçük olması ve sonuçta daha yüksek mertebe katkıların boyutunun azalması nedeniyle genellikle bir pertürbasyon teorisi olarak adlandırılır. Bu göreli basitlik ve QED'in başarısı onu diğer kuantum alan teorileri için bir model haline getirmiştir. Son olarak, sanal parçacıkların değişimi olarak elektromanyetik etkileşimlerin resmi maddenin diğer temel etkileşimleri, güçlü kuvvet, zayıf kuvvet ve yerçekimi kuvvetinin teorilerine taşınmıştır. Ayrıca bkz. Mastar teorisi.
