Quantumveldtheorie

Quantumveldtheorie is de tak van de natuurkunde die de fundamentele interacties tussen deeltjes Beschrijft door middel van velden en de wetten van kwantummechanica en speciale relativiteit. In deze theorie bestaan alle deeltjes uit excitaties van onderliggende velden; bijvoorbeeld het elektromagnetische veld, het elektron-veld of chromodynamische velden. Velden worden gekwantiseerd, wat betekent dat hun excitaties in discrete eenheden voorkomen. De theorie vereist een Lorentz-invariante formulering en respecteert causaliteit, zodat informatie niet sneller dan het licht kan reizen.

In de quantumveldtheorie communiceren velden via krachten die worden uitgewisseld door gauge-bosonen. De kwantisering levert operatoren die de aantallen deeltjes kunnen creëren en vernietigen. Dit leidt tot de ontwikkeling van de belangrijkste theorieën in de deeltjesfysica: quantum electrodynamica (QED), quantumchromodynamica (QCD) en de electroweak-theorie; samen vormen zij het standaardmodel. Praktische berekeningen worden vaak gedaan met perturbatie-theorie en Feynman-diagrammen; de resultaten komen overeen met extreem nauwkeurige experimenten.

Naast succes kent quantumveldtheorie ook uitdagingen. Niet alle processen kunnen perturbatief worden behandeld, waardoor niet-perturbatieve methoden zoals lattice QFT en andere benaderingen essentieel zijn. Daarnaast is er een grens naar de nog onvoltooide quantumgraviteit, waar een gecombineerde theorie van kwantumvelden en ruimte-tijd ontbreekt. Buiten de deeltjesfysica vinden QFT-methoden toepassingen in condensed matter fysica en materialenwetenschap. De theorie blijft een leidraad voor het begrijpen van interacties van materie op de kleinste schaal.