Kvantelektrodynamikk

Kvantelektrodynamikk (QED) er teorien som beskriver samspillet mellom lys og materie på kvantenivå. Den kombinerer kvantemekanikk med elektrodynamikk og er en relativistisk kvantefeltteori. I QED er elektromagnetisk felt kvantisert og interaksjoner mellom partikler som elektroner og positroner skjer gjennom utveksling av fotoner, fotonene som bærer elektromagnetisk kraft. Teorien er en U(1)-gauge-teori og utgjør den kvantefeltteoretiske delen av elektromagnetismen i Standardmodellen.

Historisk ble QED utviklet i andre halvdel av 1940-årene av forskere som Richard Feynman, Julian Schwinger og Shinichiro Tomonaga. De introduserte beregningsmetoder basert på Feynman-diagrammer og kvantefeltteoriens renormalisering for å håndtere uendeligheter i beregningene. For arbeidet ble de tildelt Nobelprisen i fysikk i 1965.

Hovedtrekkene inkluderer bruk av perturbasjonsteori fordi elektromagnetisk kobling er liten (finstrukturkonstanten ca. 1/137). Interaksjoner beskrives som utveksling av fotoner, og prosesser som spredning, skapelse og annihilasjon av elektron-positronpar beregnes med Feynman-diagrammer. Renormalisering fjerner eller omfatter uendeligheter slik at meningsfulle resultater oppnås. Teorien er også avhengig av gaugeinvarians.

QED gir noen av naturens mest presise tester. Lamb-skiftet og det anomale magnetiske momentet til elektronen er blant fenomener som QED forutsier og som målinger bekrefter med ekstrem presisjon. Prediksjonene av den elektromagnetiske koblingen og andre kvanteelektronsystemer stemmer ofte med målingene bedre enn en del i 10^12.

Betydning og rolle: QED er grunnlaget for nøyaktige beregninger i partikkelfysikk, kvanteoptikk og metrologi, og utgjør en av de mest vellykkede delene av Standardmodellen. Den har hatt stor innflytelse på teknologi og vår forståelse av elektromagnetisk interaksjon i både fundamentale og anvendte sammenhenger.