quantumvelden

Quantumvelden, oftewel quantumveldentheorie (QFT), vormen de kern van de moderne beschrijving van deeltjes en krachten. In QFT krijgt elk type natuurkundige grootheid een veld toegewezen dat gedefinieerd is op de ruimte-tijd; in de quantumtheorie worden deze velden omgezet in operatoren en gedragen hun excitaties zich als deeltjes. Daarmee zijn deeltjes en krachten twee verschijningsvormen van hetzelfde fundament. Het vacuüm is geen leegte maar een toestand waarin velden fluctueren en waarin virtuele deeltjes kort bestaan.

In het Standard Model bestaan er verschillende velden: fermionische velden die materie beschrijven (elektron- en quarkvelden) en bosonische gaugevelden die interacties sturen (het foton voor elektromagnetisme, W- en Z-bosonen voor de zwakke interactie, gluonvelden voor de sterke interactie). Daarnaast speelt het Higgs-veld een cruciale rol bij massa, doordat het Higgs-mechanisme massa toekent aan sommige particeltaarden. De interacties ontstaan uit koppelingen tussen velden die worden bepaald door lokale gauge-symmetrieën.

Kwantisering gebeurt doorgaans via canonieke kwantisatie of via de padintegratiemethode; de berekeningen leveren nauwkeurige voorspellingen op voor koppelingsintensiteiten, spectra en verhoudingen tussen verschillende processen. Bewijzen voor de theorie zijn onder meer experimentele waarnemingen zoals de Casimir‑waarde en de Lamb-verschuiving, en nauwkeurige metingen in hoogenergetische botsingen die het Standard Model bevestigen. Quantumveldtheorie vormt bovendien de basis voor verdere exploraties, zoals kwantumvelden in kromtede ruimte-tijd en pogingen tot een verenigde theorie van zwaartekracht.