Kvantna elektrodinamika

Intrakcije u kvantnoj elektrodinamici se često prikazuju shematski Fajnmanovim dijagramima

Kvantna elektrodinamika (ili kraće QED od engleskog naziva Quantum electrodynamics) fizikalna je teorija koja daje relativistički kvantnomehanički opis elektromagnetizma.

Intrakcije u kvantnoj elektrodinamici se često prikazuju shematski Fajnmanovim dijagramima

Kvantna elektrodinamika je matematički složena teorija koja opisuje interakciju svetlosti (fotona) i materije (pre svega elektrona, ali i svih drugih naelektrisanih čestica koje imaju spin 1/2, kao što su mioni).[1]:3563[2] Kvantna elektrodinamika se definiše kao relativistička kvantna teorija polja elektrodinamike.[3]:vii Kvantna elektrodinamika je kompatibilna sa specijalnom teorijom relativnosti i opisuje sve fenomene osim fenomena povezanih sa opštom teorijom relativnosti i radioaktivnim raspadima.[1]:3563

Razvoj

U prvoj polovini 20. veka, fizičari su se trudili da pomire Maksvelovu elektrodinamiku sa novinama koje su donele kvantna teorija i specijalna teorija relativnosti. Pol Dirak, Verner Hajzenberg i Volfgang Pauli su dali značajne doprinose razvoju matematičkog aparata kvantne elektrodinamike u godinama uoči Drugog svetskog rata. Prvu formulaciju kvantne teorije koja opisuje radijaciju i interakciju materije je proizveo britanski naučnik Pol Dirak, koji je tokom 1920-ih uspeo da izračuna koeficijent spontane emisije atoma.[4] Dirak je opisao kvantizaciju elektromagnetskog polja kao ansambl harmonijskih oscilatora putem uvođenja koncepta operatora stvaranja i uništenja čestica. U narednim godinama, uz doprinose Volfganga Paulija, Judžina Vignera, Paskala Jordana, Vernera Hajzenberga i elegantnu formulaciju kvantne elektrodinamike Enrika Fermija,[5] fizičari su počeli da veruju da će u principu biti moguće da se sprovedu proračuni za bilo koji fizički proces u kome učestvuju fotoni i naelektrisane čestice.

Međutim, dalje studije Feliksa Bloha sa Arnoldom Nordsikom,[6] i Viktorom Vajskopfom,[7] u 1937. i 1939. godini, pokazale su da su takvi proračuni pouzdani jedino za perturbacionu teoriju prvog reda, što je problem na koji je već bio ukazao Robert Openhajmer.[8] Pri višim redovima u seriji su se pojavile beskonačnosti, koje su takve proračune činile besmislenim i bacale ozbiljne sumnje na unutrašnju konzistentnost same teorije. U odsustvu rešenja tog problema u to vreme, izgledalo je da postoji fundamentalna inkompatibilnost između specijalne relativnosti i kvantne mehanike. Nakon uvođenja procesa renormalizacije, kojim se ove beskonačne veličine eliminišu, kao i drugih doprinosa naučnika poput Ričarda Fajnmana, Julijana Švingera i Šiničira Tomonage, kvantna elektrodinamika je postala daleko pouzdanija.[1]:3563

Kvantna elektrodinamika je posebno bila revolucionarna u teorijskoj fizici zahvaljujući metodima koje je koristila — umesto mehanicističkog pristupa računaju se odgovarajuće verovatnoće kombinovane sa kvantnim osobinama subatomskih čestica.[1]:3564 Nakon otkrića kvarkova, gluona i drugih subatomskih čestica, kvantna elektrodinamika je postala izuzetno značajna u opisu strukture, osobina i reakcija među ovim česticama, što ju je na kraju učinilo jednom od najtačnijih, najpreciznijih i najbolje testiranih fizičkih teorija.[1]:3564

Virtuelni fotoni

Glavni članak: Virtuelni fotoni

Kvantna elektrodinamika opisuje interakciju između naelektrisanih čestica kao razmenu virtuelnih fotona. Kako naelektrisana čestica emituje ili apsorbuje virtuelne fotone, tako menja svoju brzinu (pravac, smer i/ili intenzitet). Virtuelne fotone (kao i druge virtuelne čestice) nije moguće direktno ispitivati, već se oni analiziraju samo preko svojih efekata. Virtuelni fotoni su, svakako, najbolje opisani odgovarajućim matematičkim alatom.[1]:3564

Fajnmanovi dijagrami

Odbijanje dva elektrona prikazano Fajnmanovim dijagramom
Glavni članak: Fajnmanovi dijagrami

Fajnmanovi dijagrami su pomoćno sredstvo kojim se predstavljaju interakcije u kvantnoj elektrodinamici u prostoru i vremenu. Po pravilu, vreme je prikazano na apscisi, i teče sa leve ka desnoj strani dijagrama. Na ordinati se shematski prikazuje kretanje čestica. U svakom čvoru važe zakoni očuvanja energije i momenta impulsa.[1]:1713-1715

Vidi još

Reference

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth Lerner, ur ((en)). The Gale Encyclopaedia of Science (4 izd.). Farmington Hills: The Gale Group. ISBN 978-1-4144-2877-2. 
  2. ↑ ((en)) A Modern Introduction to Quantum Field Theory (4 izd.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3. 
  3. ↑ Maggiore, Michele ((en)). Basics of Quantum Electrodynamics (4 izd.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3. 
  4. ↑ P.A.M. Dirac (1927). „The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation”. Proceedings of the Royal Society of London A 114 (767): 243-65. Bibcode 1927RSPSA.114..243D. DOI:10.1098/rspa.1927.0039. 
  5. ↑ Fermi, E. (1932). „Quantum Theory of Radiation”. Reviews of Modern Physics 4: 87-132. Bibcode 1932RvMP....4...87F. DOI:10.1103/RevModPhys.4.87. 
  6. ↑ Bloch, F.; Nordsieck, A. (1937). „Note on the Radiation Field of the Electron”. Physical Review 52 (2): 54-59. Bibcode 1937PhRv...52...54B. DOI:10.1103/PhysRev.52.54. 
  7. ↑ Weisskopf, V. F. (1939). „On the Self-Energy and the Electromagnetic Field of the Electron”. Physical Review 56: 72-85. Bibcode 1939PhRv...56...72W. DOI:10.1103/PhysRev.56.72. 
  8. ↑ Oppenheimer, R. (1930). „Note on the Theory of the Interaction of Field and Matter”. Physical Review 35 (5): 461-77. Bibcode 1930PhRv...35..461O. DOI:10.1103/PhysRev.35.461. 

Literatura

  • Maggiore, Michele ((en)). Basics of Quantum Electrodynamics (4 izd.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3. 
  • ((en)) A Modern Introduction to Quantum Field Theory (4 izd.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3. 
  • K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth Lerner, ur ((en)). The Gale Encyclopaedia of Science (4 izd.). Farmington Hills: The Gale Group. ISBN 978-1-4144-2877-2. 
  • De Broglie, Louis (1925). Recherches sur la theorie des quanta [Research on quantum theory]. France: Wiley-Interscience. 
  • Feynman, Richard Phillips (1998). Quantum Electrodynamics (New izd.). Westview Press. ISBN 978-0-201-36075-2. 
  • Jauch, J.M.; Rohrlich, F. (1980). The Theory of Photons and Electrons. Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-07295-1. 
  • Greiner, Walter; Bromley, D.A.; Müller, Berndt (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 978-3-540-67672-0. 
  • Kane, Gordon, L. (1993). Modern Elementary Particle Physics. Westview Press. ISBN 978-0-201-62460-1. 
  • Miller, Arthur I. (1995). Early Quantum Electrodynamics: A Sourcebook. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-56891-3. 
  • Milonni, Peter W. (1994). The Quantum Vacuum: An Introduction to Quantum Electrodynamics. Boston: Academic Press. ISBN 978-0-12-498080-8. LCCN 93029780. OCLC 422797902. 
  • Schweber, Silvan S. (1994). QED and the Men Who Made It. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-03327-3. 
  • Schwinger, Julian (1958). Selected Papers on Quantum Electrodynamics. Dover Publications. ISBN 978-0-486-60444-2. 
  • Tannoudji-Cohen, Claude; Dupont-Roc, Jacques; Grynberg, Gilbert (1997). Photons and Atoms: Introduction to Quantum Electrodynamics. Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-18433-1. 
  • Dudley, J.M.; Kwan, A.M. (1996). „Richard Feynman's popular lectures on quantum electrodynamics: The 1979 Robb Lectures at Auckland University”. American Journal of Physics 64 (6): 694-98. Bibcode 1996AmJPh..64..694D. DOI:10.1119/1.18234. 

Spoljašnje veze

Kvantna elektrodinamika na Wikimedijinoj ostavi
Portal Fizika
  • Feynman's Nobel Prize lecture describing the evolution of QED and his role in it
  • Feynman's New Zealand lectures on QED for non-physicists
  • Animations demonstrating QED

Šablon:Kvantna elektrodinamika

Normativna kontrola Uredi na Wikidati
  • LCCN: sh85109459
  • GND: 4047982-1
  • BNF: cb119789988 (podaci)
  • NDL: 00569864
  • NKC: ph122051