Квантовая электродинамика | это... Что такое Квантовая электродинамика? (original) (raw)

Ква́нтовая электродина́мика (КЭД) — квантовополевая теория электромагнитных взаимодействий; наиболее разработанная часть квантовой теории поля. Классическая электродинамика учитывает только непрерывные свойства электромагнитного поля, в основе же квантовой электродинамики лежит представление о том, что электромагнитное поле обладает также и прерывными (дискретными) свойствами, носителями которых являются кванты поля — фотоны. Взаимодействие электромагнитного излучения с заряженными частицами рассматривается в квантовой электродинамике как поглощение и испускание частицами фотонов.

Квантовая электродинамика количественно объясняет эффекты взаимодействия излучения с веществом (испускание, поглощение и рассеяние), а также последовательно описывает электромагнитные взаимодействия между заряженными частицами. К числу важнейших проблем, которые не нашли объяснения в классической электродинамике, но успешно разрешаются квантовой электродинамикой, относятся тепловое излучение тел, рассеяние рентгеновских лучей на свободных (точнее, слабо связанных) электронах (эффект Комптона), излучение и поглощение фотонов атомами и более сложными системами, испускание фотонов при рассеянии быстрых электронов во внешних полях (тормозное излучение) и другие процессы взаимодействия электронов, позитронов и фотонов. Меньший успех теории при рассмотрении процессов с участием других частиц обусловлен тем, что в этих процессах, кроме электромагнитных взаимодействий, играют важную роль и другие фундаментальные взаимодействия (сильное взаимодействие, слабое взаимодействие).

Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. Фермионы слева, Бозоны справа. (пункты на картинке кликабельны)

Содержание

История создания теории

Квантовая электродинамика как последовательная квантовая теория поля была создана в 1940-х годах в работах Фейнмана, Швингера, Томонаги, Дайсона. Это была первая перенормируемая теория поля.

Аксиомы квантовой электродинамики[1]

  1. Каждому событию квантовой электродинамики (например, перемещению фотона или электрона из одной точки пространства-времени в другую или испусканию или поглощению фотона электроном) соответствует комплексное число – амплитуда вероятности события. Вероятность события равна квадрату модуля амплитуды вероятности события.
  2. Если событие может произойти взаимоисключающими способами, амплитуды вероятностей событий складываются. Если событие происходит поэтапно, или в результате ряда независимых событий, амплитуды вероятностей событий перемножаются.

Математическая формулировка

Математически, КЭД - это абелевая калибровочная теория поля с группой симметрии U(1). Калибровочное поле, которое переносит взаимодействие между заряженными полями спина-1/2, является электромагнитным полем. Лагранжиан КЭД для поля спина-1/2 взаимодействующего с электромагнитным полем равен действительной части от следующего выражения

\mathcal{L}=\bar\psi(i\gamma^\mu D_\mu-m)\psi -\frac{1}{4}F_{\mu\nu}F^{\mu\nu}

где

\gamma^\mu - матрицы Дирака;

\psi - биспинорное поле спина-1/2 (т. е. электрон-позитронное поле);

\bar\psi\equiv\psi^\dagger\gamma_0, называемое "пси-бар";

D_\mu \equiv \partial_\mu+ieA_\mu+ieB_\mu \,\! - ковариантная производная;

e постоянная тонкой структуры;

_A_μ - ковариантный 4-потенциал;

_B_μ внешнее поле;

F_{\mu\nu} = \partial_\mu A_\nu - \partial_\nu A_\mu \,\! - тензор электромагнитного поля.

Важнейшие результаты в КЭД

Современные направления исследований в КЭД

Примечания

  1. ↑ Фейнман Р. КЭД — странная теория света и вещества. М.: Наука, 1988. 144 с. Серия Библиотечка «Квант», выпуск 66.

См. также

Литература

| | **Квантовая электродинамика | п·Электрон | Позитрон | Фотон Аномальный магнитный момент Позитроний | | ---------------------------------- | ---------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------ |

Физика (экспериментальная • теоретическая)

Основные разделы Механика Классическая механика • Специальная теория относительности • Теоретическая механика • Общая теория относительности • Релятивистская механика • Квантовая механика Механика сплошных сред Газодинамика • Гидродинамика • Гидростатика Прикладная механика Сопротивление материалов • Строительная механика • Небесная механика Термодинамика Разделы термодинамики Начала термодинамики • Уравнение состояния • Термодинамические величины • Термодинамические потенциалы • Термодинамические циклы • Фазовые переходы Начала термодинамики Общее начало термодинамики • Первое начало термодинамики • Второе начало термодинамики • Третье начало термодинамики Электродинамика Электростатика и Электродинамика • Магнитостатика и Магнитодинамика • Релятивистская электродинамика • Квантовая электродинамика Электродинамика сплошных сред Магнитогидродинамика • Электрогидродинамика Колебания и волны Оптика Геометрическая оптика • Физическая оптика • Волновая оптика • Квантовая оптика • Нелинейная оптика • Теория испускания света • Теория взаимодействия света с веществом • Спектроскопия • Лазерная оптика • Фотометрия • Физиологическая оптика • Оптоэлектроника • Оптические приборы Смежные направления Акустооптика • Кристаллооптика Акустика Общая (физическая) акустика • Геометрическая акустика • Психоакустика • Биоакустика • Электроакустика • Гидроакустика • Ультразвуковая акустика • Квантовая акустика (акустоэлектроника) • Акустическая фонетика (Акустика речи) Прикладная акустика Архитектурная акустика (Строительная акустика) • Аэроакустика • Музыкальная акустика • Акустика транспорта • Медицинская акустика • Цифровая акустика Смежные направления Акустооптика Радиофизика Классическая радиофизика • Квантовая радиофизика • Статистическая радиофизика Статистическая физика Статистическая механика • Молекулярная физика • Физическая кинетика Физика конденсированного состояния Физика твёрдого тела • Физика жидкостей • Физика атомов и молекул • Физика наноструктур Квантовая физика Квантовая механика • Квантовая теория поля • Квантовая статистика • Квантовая оптика • Квантовая электродинамика • Квантовая хромодинамика Физика элементарных частиц Физика высоких энергий • Феноменология элементарных частиц Атомная физика Теория атома • Атомная спектроскопия • Рентгеноспектральный анализ • Радиоспектроскопия • Физика атомных столкновений Ядерная физика Нейтронная физика • Физика гиперядер Теория поля Классическая теория поля • Квантовая теория поля
Прикладная физика Химическая физика Термодинамика газов • Термодинамика растворов Физика плазмы • Физика атмосферы • Лазерная физика • Физика ускорителей
Связанные науки Агрофизика • Физическая химия • Математическая физика • Космология • Астрофизика • Геофизика • Биофизика • Метрология • Материаловедение
См. также Кибернетика • Синергетика • Нелинейная динамика
Портал «Физика»

Категория:

Wikimedia Foundation.2010.

Игры ⚽ Нужна курсовая?

Полезное

Смотреть что такое "Квантовая электродинамика" в других словарях:

18+

© Академик, 2000-2024

Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,

Joomla,

Drupal,

WordPress, MODx.

Поделиться ссылкой на выделенное