Kwantumcorrecties

Kwantumcorrecties zijn afwijkingen ten opzichte van de voorspellingen van een klassieke of semi-klassieke theorie die ontstaan door quantummechanische effecten. Ze treden op wanneer de invloed van de Planckconstante ħ niet verwaarloosbaar is, bijvoorbeeld bij nauwkeurige metingen, op kleine lengten of bij systemen met sterke interacties. In de praktijk worden kwantumcorrecties vaak beschreven met een expansie in ħ of via luscorrecties in kwantumveldtheorie en in veellichaamsystemen.

Oorsprong en concept: Klassieke berekeningen leveren een basislijn, maar quantumverschijnselen zoals vacuümfluctuaties, discrete energieniveaus en interferentie kunnen die lijn corrigeren. In quantumveldtheorie ontstaan kwantumcorrecties uit lusdiagrammen (loop corrections) en renormalisatie. In de deeltjes- en solid-state-fysica kunnen correcties voortkomen uit interferentie van elektronenpaden en uit electron-electron interacties, wat leidt tot effecten als zwakke lokalisatie.

Methoden: Berekeningen maken gebruik van perturbatietheorie, Feynman-diagrammen en lusuitbreidingen, maar ook van semiclassische technieken zoals WKB en pad-integralen. Daarnaast worden effectieve veldentheorieën en numerieke methoden ingezet om niet-perturbatieve of sterk interactieve regimes te behandelen.

Voorbeelden: De Lamb-splitsing in atoomfysica, het Casimir-effect tussen platen, en het anomalous magnetic moment van het elektron (het g-2) zijn klassieke voorbeelden van kwantumcorrecties. In metalen leveren zwakke lokalisatie en electron-electron interactie-correcties aanpassingen aan de geleidbaarheid, vooral bij lage temperaturen.

Betekenis: Kwantumcorrecties zijn essentieel voor nauwkeurige voorspellingen en interpretaties van experimenten, met name in de fundamentele deeltjesfysica en bij precisiemetingen. Bij grotere systemen kunnen hun effecten klein zijn, maar in nanosystemen en atomaire processen spelen ze vaak een cruciale rol.