Kvantelektrodynamik (QED), kvantfältteori om interaktioner mellan laddade partiklar och det elektromagnetiska fältet. Den beskriver matematiskt inte bara alla interaktioner mellan ljus och materia utan också de av laddade partiklar med varandra. QED är en relativistisk teori genom att Albert Einsteins teori om speciell relativitet är inbyggd i var och en av dess ekvationer. Eftersom atomer och molekylers beteende huvudsakligen är elektromagnetiskt till sin natur kan all atomfysik betraktas som ett testlaboratorium för teorin. Några av de mest exakta testerna av QED har varit experiment som behandlar egenskaperna hos subatomära partiklar kända som muoner. Det magnetiska ögonblicket för denna typ av partikel har visat sig överensstämma med teorin till nio betydande siffror. En överenskommelse om så hög noggrannhet gör QED till en av de hittills framtida fysiska teorierna.
elektromagnetisk strålning: Kvantelektrodynamik
Bland de mest övertygande fenomen som visar ljusets kvantitet är följande. När ljusintensiteten dimmas
1928 lade den engelska fysikern PAM Dirac grunden för QED med sin upptäckt av en vågekvation som beskrev rörelsen och rotationen av elektroner och införlivade både kvantmekanik och teorin om speciell relativitet. QED-teorin förfinades och utvecklades helt i slutet av 1940-talet av Richard P. Feynman, Julian S. Schwinger och Tomonaga Shin'ichirō, oberoende av varandra. QED bygger på idén att laddade partiklar (t.ex. elektroner och positroner) interagerar genom att avge och absorbera fotoner, de partiklar som överför elektromagnetiska krafter. Dessa fotoner är "virtuella"; det vill säga att de inte kan ses eller upptäckas på något sätt eftersom deras existens strider mot bevarandet av energi och fart. Fotonutbytet är bara "kraften" i interaktionen, eftersom samverkande partiklar förändrar deras hastighet och rörelseriktning när de frigör eller absorberar en fotons energi. Fotoner kan också släppas ut i fritt tillstånd, i vilket fall de kan observeras som ljus eller andra former av elektromagnetisk strålning.
Interaktionen mellan två laddade partiklar sker i en serie processer med ökande komplexitet. På det enklaste är bara en virtuell foton involverad; i en andra ordningsprocess finns det två; och så vidare. Processerna motsvarar alla möjliga sätt på vilka partiklarna kan interagera genom utbyte av virtuella fotoner, och var och en av dem kan representeras grafiskt med hjälp av de så kallade Feynman-diagrammen. Förutom att ge en intuitiv bild av processen som beaktas, föreskriver denna typ av diagram exakt hur man beräknar den berörda variabeln. Varje subatomic process blir beräkningsmässigt svårare än den tidigare och det finns ett oändligt antal processer. QED-teorin säger emellertid att ju mer komplex processen - det vill säga desto större antal virtuella fotoner som utbyts i processen - desto mindre är sannolikheten för att den inträffar. För varje nivå av komplexitet, minskar bidraget från processen med ett belopp som ges av α 2 -där α är en dimensionslös storhet kallas finstrukturkonstanten, med ett numeriskt värde lika med (ett / 137). Således, efter några nivåer är bidraget försumbart. På ett mer grundläggande sätt fungerar faktorn a som ett mått på styrkan hos den elektromagnetiska interaktionen. Det är lika med e 2 / 4πε o [planck] c, där e är elektronladdningen, [planck] är Plancks konstant dividerad med 2π, c är ljusets hastighet och ε o är permittiviteten för fritt utrymme.
QED kallas ofta en perturbationsteori på grund av finstrukturens konstanta och den resulterande minskande storleken på bidrag med högre ordning. Denna relativa enkelhet och framgången för QED har gjort det till en modell för andra kvantfältsteorier. Slutligen har bilden av elektromagnetiska interaktioner som utbyte av virtuella partiklar överförts till teorierna om andra grundläggande interaktioner mellan materien, den starka kraften, den svaga kraften och tyngdkraften. Se även mätteori.
