Electrodinamica cuantică (QED), teoria câmpului cuantic a interacțiunilor particulelor încărcate cu câmpul electromagnetic. Descrie matematic nu numai toate interacțiunile luminii cu materia, ci și cele ale particulelor încărcate unele cu altele. QED este o teorie relativistă prin aceea că teoria relativității speciale a lui Albert Einstein este încorporată în fiecare din ecuațiile sale. Deoarece comportamentul atomilor și moleculelor este în primul rând de natură electromagnetică, toată fizica atomică poate fi considerată un laborator de testare pentru teorie. Unele dintre cele mai precise teste ale QED au fost experimente care se referă la proprietățile particulelor subatomice cunoscute sub numele de muoni. S-a demonstrat că momentul magnetic al acestui tip de particule este de acord cu teoria cu nouă cifre semnificative. Acordul cu o precizie atât de ridicată face din QED una dintre cele mai de succes teorii fizice până acum concepute.
radiații electromagnetice: electrodinamică cuantică
Printre cele mai convingătoare fenomene care demonstrează natura cuantică a luminii se numără următoarele. Pe măsură ce intensitatea luminii este redusă
În 1928, fizicianul englez PAM Dirac a pus bazele lui QED cu descoperirea unei ecuații de undă care a descris mișcarea și rotirea electronilor și a încorporat atât mecanica cuantică cât și teoria relativității speciale. Teoria QED a fost rafinată și complet dezvoltată la sfârșitul anilor 1940 de către Richard P. Feynman, Julian S. Schwinger și Tomonaga Shin'ichirō, independent unul de celălalt. QED se bazează pe ideea că particulele încărcate (de exemplu, electronii și pozitronii) interacționează emitând și absorbind fotoni, particulele care transmit forțe electromagnetice. Acești fotoni sunt „virtuali”; adică nu pot fi văzute sau detectate în niciun fel, deoarece existența lor încalcă conservarea energiei și a impulsului. Schimbul de fotoni este doar „forța” interacțiunii, deoarece particulele care interacționează își schimbă viteza și direcția de deplasare pe măsură ce eliberează sau absorb energia unui foton. Fotonii pot fi de asemenea emiți în stare liberă, caz în care pot fi observați ca lumină sau alte forme de radiații electromagnetice.
Interacțiunea a două particule încărcate are loc într-o serie de procese care cresc complexitatea. În cel mai simplu, este implicat un singur foton virtual; într-un proces de ordinul doi, există două; si asa mai departe. Procesele corespund tuturor modalităților posibile prin care particulele pot interacționa prin schimbul de fotoni virtuali și fiecare dintre ele poate fi reprezentată grafic prin intermediul așa-numitelor diagrame Feynman. Pe lângă furnizarea unei imagini intuitive a procesului luat în considerare, acest tip de diagramă prevede exact modul de calculare a variabilei implicate. Fiecare proces subatomic devine din ce în ce mai dificil din punct de vedere calculal decât precedentul și există un număr infinit de procese. Teoria QED afirmă însă că procesul este mai complex - adică este mai mare numărul de fotoni virtuali schimbați în proces - cu atât este mai mică probabilitatea apariției acestuia. Pentru fiecare nivel de complexitate, contribuția procesului scade cu o cantitate dată de α 2 -unde α este o cantitate adimensional numită constanta structurii fine, cu o valoare numerică egală cu (1 / 137). Astfel, după câteva niveluri, contribuția este neglijabilă. Într-un mod mai fundamental, factorul α servește ca măsură a forței interacțiunii electromagnetice. Este egal cu e 2 / 4πε o [planck] c, unde e este sarcina electronilor, [planck] este constanta lui Planck împărțită la 2π, c este viteza luminii și ε o este permisiunea spațiului liber.
QED este adesea numită teorie a perturbației, datorită mărimii constantei de structură fină și a dimensiunii scăzute a contribuțiilor de ordin superior. Această relativă simplitate și succesul QED au făcut ca acesta să fie un model pentru alte teorii cuantice. În cele din urmă, imaginea interacțiunilor electromagnetice ca schimb de particule virtuale a fost reportată la teoriile celorlalte interacțiuni fundamentale ale materiei, forța puternică, forța slabă și forța gravitațională. Vezi și teoria gabaritului.
