Kvantna elektrodinamika
Kvantna elektrodinamika (ili kraće QED od engleskog naziva Quantum electrodynamics) fizikalna je teorija koja daje relativistički kvantnomehanički opis elektromagnetizma.
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
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
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 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
- ↑ 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.
- ↑ ((en)) A Modern Introduction to Quantum Field Theory (4 izd.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
- ↑ Maggiore, Michele ((en)). Basics of Quantum Electrodynamics (4 izd.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3.
- ↑ 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.
- ↑ Fermi, E. (1932). „Quantum Theory of Radiation”. Reviews of Modern Physics 4: 87-132. Bibcode 1932RvMP....4...87F. DOI:10.1103/RevModPhys.4.87.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- 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.
