Отворите главни мени

Квантна електродинамика

Интракције у квантној електродинамици се често приказују схематски Фајнмановим дијаграмима

Квантна електродинамика (QED, од енглеског назива Quantum electrodynamics) је комплексна и математички врло сложена теорија која се описује интеракцију светлости (фотона) и материје (пре свега електрона, али и свих других наелектрисаних честица које имају спин 1/2, као што су миони).[1]:3563[2] Квантна електродинамика се дефинише као релативистичка квантна теорија поља електродинамике.[3]:vii Квантна електродинамика је компатибилна са специјалном теоријом релативности и описује све феномене осим феномена повезаних са општом теоријом релативности и радиоактивним распадима.[1]:3563

РазвојУреди

У првој половини 20. века, физичари су се трудили да помире Максвелову електродинамику са новинама које су донеле квантна теорија и специјална теорија релативности. Пол Дирак, Вернер Хајзенберг и Волфганг Паули су дали значајне доприносе развоју математичког апарата квантне електродинамике у годинама уочи Другог светског рата. Прву формулацију квантне теорије која описује радијацију и интеракцију материје је произвео британски научник Пол Дирак, који је током 1920-их успео да израчуна коефицијент спонтане емисије атома.[4] Дирак је описао квантизацију електромагнетског поља као ансамбл хармонијских осцилатора путем увођења концепта оператора стварања и уништења честица. У наредним годинама, уз доприносе Волфганга Паулија, Јуџина Вигнера, Паскала Јордана, Вернера Хајзенберга и елегантну формулацију квантне електродинамике Енрика Фермија,[5] физичари су почели да верују да ће у принципу бити могуће да се спроведу прорачуни за било који физички процес у коме учествују фотони и наелектрисане честице.

Међутим, даље студије Феликса Блоха са Арнолдом Нордсиком,[6] и Виктором Вајскопфом,[7] у 1937. и 1939. години, показале су да су такви прорачуни поуздани једино за пертурбациону теорију првог реда, што је проблем на који је већ био указао Роберт Опенхајмер.[8] При вишим редовима у серији су се појавиле бесконачности, које су такве прорачуне чиниле бесмисленим и бацале озбиљне сумње на унутрашњу конзистентност саме теорије. У одсуству решења тог проблема у то време, изгледало је да постоји фундаментална инкомпатибилност између специјалне релативности и квантне механике. Након увођења процеса ренормализације, којим се ове бесконачне величине елиминишу, као и других доприноса научника попут Ричарда Фајнмана, Јулијана Швингера и Шиничира Томонаге, квантна електродинамика је постала далеко поузданија.[1]:3563

Квантна електродинамика је посебно била револуционарна у теоријској физици захваљујући методима које је користила — уместо механицистичког приступа рачунају се одговарајуће вероватноће комбиноване са квантним особинама субатомских честица.[1]:3564 Након открића кваркова, глуона и других субатомских честица, квантна електродинамика је постала изузетно значајна у опису структуре, особина и реакција међу овим честицама, што ју је на крају учинило једном од најтачнијих, најпрецизнијих и најбоље тестираних физичких теорија.[1]:3564

Виртуелни фотониУреди

Квантна електродинамика описује интеракцију између наелектрисаних честица као размену виртуелних фотона. Како наелектрисана честица емитује или апсорбује виртуелне фотоне, тако мења своју брзину (правац, смер и/или интензитет). Виртуелне фотоне (као и друге виртуелне честице) није могуће директно испитивати, већ се они анализирају само преко својих ефеката. Виртуелни фотони су, свакако, најбоље описани одговарајућим математичким алатом.[1]:3564

Фајнманови дијаграмиУреди

 
Одбијање два електрона приказано Фајнмановим дијаграмом

Фајнманови дијаграми су помоћно средство којим се представљају интеракције у квантној електродинамици у простору и времену. По правилу, време је приказано на апсциси, и тече са леве ка десној страни дијаграма. На ординати се схематски приказује кретање честица. У сваком чвору важе закони очувања енергије и момента импулса.[1]:1713–1715

Види јошУреди

РеференцеУреди

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth Lerner (ур.). The Gale Encyclopaedia of Science (на језику: (на језику: енглески)) (4 изд.). Farmington Hills: The Gale Group. ISBN 978-1-4144-2877-2. 
  2. ^ A Modern Introduction to Quantum Field Theory (на језику: (на језику: енглески)) (4 изд.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3.  Непознати параметар |authot= игнорисан (помоћ)
  3. ^ Maggiore, Michele. Basics of Quantum Electrodynamics (на језику: (на језику: енглески)) (4 изд.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3. 
  4. ^ P.A.M. Dirac (1927). „The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation”. Proceedings of the Royal Society of London A. 114 (767): 243—65. Bibcode:1927RSPSA.114..243D. doi:10.1098/rspa.1927.0039. 
  5. ^ Fermi, E. (1932). „Quantum Theory of Radiation”. Reviews of Modern Physics. 4: 87—132. Bibcode:1932RvMP....4...87F. doi:10.1103/RevModPhys.4.87. 
  6. ^ Bloch, F.; Nordsieck, A. (1937). „Note on the Radiation Field of the Electron”. Physical Review. 52 (2): 54—59. Bibcode:1937PhRv...52...54B. doi:10.1103/PhysRev.52.54. 
  7. ^ Weisskopf, V. F. (1939). „On the Self-Energy and the Electromagnetic Field of the Electron”. Physical Review. 56: 72—85. Bibcode:1939PhRv...56...72W. doi:10.1103/PhysRev.56.72. 
  8. ^ Oppenheimer, R. (1930). „Note on the Theory of the Interaction of Field and Matter”. Physical Review. 35 (5): 461—77. Bibcode:1930PhRv...35..461O. doi:10.1103/PhysRev.35.461. 

ЛитератураУреди

Спољашње везеУреди