Kvanteelektrodynamik

Kvanteelektrodynamik (QED) är kvantfältteori som beskriver elektromagnetiska interaktioner mellan ljus och laddade partiklar. Den förenar kvantmekanik och specialrelativitet inom ramen för en U(1) gauge-teori där fotoner fungerar som kvanta av det elektromagnetiska fältet och elektroner samt andra laddade partiklar som excitationslägen av fältet. Interaktioner räknas systematiskt i en perturbativ expansion i den svaga couplingkonstanten α ≈ 1/137, vilket ger mycket precisa beräkningar av elektronens beteende.

QED erbjuder en sammanhängande bild av hur fotoner och elektroner utbyter energi och hur kvantfluktuationer påverkar mätbara storheter. Bland de mest betydelsefulla bekräftelserna finns elektronens anomalösa magnetiska moment (g-2) och Lambskiftet hos väteatomer, båda överensstämmande med experiment till många decimaler. Renormalisering gör att oändligheter hanteras på ett kontrollerat sätt, vilket gör teorin extremt robust.

Historien började i mitten av 1940-talet genom arbeten av Richard Feynman, Julian Schwinger och Sin-Itiro Tomonaga. Deras olika men förenliga tillvägagångssätt, inklusive Feynman-diagram, gav praktiska verktyg för beräkningar och visade att stor del av elektromagnetiska processen kunde beskrivas exakt.

Idag är QED en av de mest välbeprövade teorierna i fysiken och utgör en grundsten i Standardmodellen. Teorin har varit avgörande för precisionstester av fundamentala krafter och fungerar som referensram för nya teorier inom kvantfältteori.