Kvantefeltteori

Kvantefeltteori er rammeverket i teoretisk fysikk som beskriver naturen til grunnleggende felter og kvantiseringen av deres eksitasjoner, som opptrer som partikler. Den forener kvantemekanikk med spesialrelativitet og gir en enhetlig beskrivelse av elektromagnetisme, den svake og den sterke kraften, mens gravitasjon ikke er fullt ut integrert i dagens standardmodell.

Grunnleggende konsepter inkluderer at felter beskrives ved kvanteoperatører på et Hilbertrom, og at eksitasjoner av feltene oppfører seg som partikler. Interaksjoner beskrives gjennom gauge-symmetrier og Lagrangianer. Kvantisering fører til skap- og annihilasjonoperasjoner; vakuumtilstander og virtuelle partikler er vanlige i beregninger. Beregninger gjøres ofte med perturbasjonsteori og Feynman-diagrammer; i ikke-perturbative situasjoner brukes lattice-kvantefeltteori og andre ikke-perturbative metoder.

Hovedteorier inkluderer kvanteelektrodynamikk (QED), kvantekromodynamikk (QCD) og elektro-svake teorier, som til sammen utgjør Standardmodellen. Higgs-mekanismen gir masse til partikler gjennom spontan bryting av gauge-symmetrier. Kvantefeltteori brukes også i kondensert materie-systemer og annen vitenskap.

Historisk har kvantefeltteori levert presise forutsigelser og testet teorien gjennom målinger som elektronets og muonets g-faktor, spredningsprosesser og partikkelproduksjon i kollisjoner. Den største åpne utfordringen er kvantegravitasjon og en mulig forening av gravitasjon med kvantefeltteori; andre spørsmål inkluderer naturlighetsproblemet og ikke-perturbativ kvantfeltteori i sterkt koblede regime. Forskningen bruker også effektive feltteorier og lattice-teknikker for å utforske fenomener utenfor perturbativ tilnærming.