kvantelektrodynamik

Kvanteelektrodynamikk er den grunnleggende teorien for lys–materie-interaksjoner og beskriver hvordan elektromagnetiske felt og ladepartikler som elektroner og positroner oppfører seg i samsvar med kvantemekanikk og spesialrelativitet. I kvanteelektrodynamikk formidles elektromagnetiskkrefter gjennom fotoner, og alle interaksjoner mellom ladede partikler skjer via utveksling av fotoner. Teorien forklarer fenomener som scattering av lys fra elektroner, produksjon av partikler og antipartikler, samt kvanteforstyrrelser som påvirker energi- og rotasjonsegenskaper.

Grunnleggende rammeverk: QED består av kvantefelt for elektroner (Dirac-felt) og for elektromagnetiske felt (fotonfeltet). Interaksjonen bygges inn i en Lagrangian og er en renormaliserbar teori hvor koblingskonstanten er den lille fine strukturelle konstanten α ≈ 1/137. Beregninger gjøres ved hjelp av perturbasjonsteori og Feynman-diagrammer, som gir kvantekorreksjoner til egenskaper og prosesser.

Historie og prestasjoner: QED ble formalisert i detaljer i 1940-årene av teoretikere som Richard Feynman, Julian Schwinger og Sin-Itiro Tomonaga. For denne utviklingen fikk de Nobelprisen i fysikk i 1965. Teorien gir ekstremt presise forutsigelser, blant annet elektronets anomalous magnetiske moment og Lamb-skift, som bekreftes med svært høy nøyaktighet. Forholdet mellom teoretiske beregninger og målinger har blitt brukt til å bestemme fine strukturelle konstanten α med høy presisjon.

Status og betydning: QED er en av hjørnesteinene i standardmodellen og gir en utrolig nøyaktig beskrivelse av elektromagnetiske interaksjoner i de domene hvor teorien er anvendelig. Begrensninger inkluderer at den ikke inkluderer kvantegravitasjon, og at den er en del av en større feltteori; likevel fungerer den som en presis og velprøvd del av moderne fysikk.