kvantinė elektrodinamika

kvantinė elektrodinamika: dviejų elektronų sąveikos Feynmano diagrama (n = 2); pradinės būsenos a ir b elektronai erdvėlaikio taškuose 1 ir 2 apsikeičia virtualiaisiais fotonais (brūkšninė linija) ir pereina į galinę būseną c ir d

kvántinė elektrodinãmika, kvantinė reliatyvistinė elektromagnetinė sąveikos teorija, pirmoji nuosekli kvantinė lauko teorija. Dažnai suprantama tik kaip elektronų, pozitronų ir fotonų sąveikos teorija. Kvantinė elektrodinamika remiasi Diraco lygtimi, sudaryta elektromagnetiniam laukui, Maxwello lygtimis esant srovėms bei antrinio kvantavimo principu ir sąveikaujančių dalelių sistemą nagrinėja kaip kvantuotąjį lauką. Sistemos būsenos funkcija randama iš Schrödingerio lygties. Dėl dalelių sąveikos kvantinės elektrodinamikos lygtys yra netiesinės. Elektromagnetinė sąveika gana silpna (ją nusako smulkiosios struktūros konstanta α = e²/ħc ≈ 1,137; čia e – elementarusis krūvis), todėl ji laikoma mažu trikdžiu ir lygtys sprendžiamos nuosekliųjų artini (trikdžių) metodu. Kvantinė elektrodinamika nagrinėja įvairius elektromagnetinės sąveikos reiškinius, numato, kad dalelėms sąveikaujant gali kisti jų skaičius ir rūšis, ir apskaičiuoja reiškinių tikimybes.

Nuosekliųjų artinių metodu apskaičiuota fizikinio proceso tikimybės amplitudė reiškiama begaline eilute, kurios n‑asis dėmuo proporcingas αⁿ. Reiškiniai vaizduojami Feynmano diagramomis, kurių pavidalas kiekvienam amplitudės dėmeniui yra skirtingas. Tikimybės amplitudės eilutė prasideda kiekvienam reiškiniui savu dėmeniu, proporcingu $e\begin{array}{c}n\\ 0\end{array}$. Iš jo išplaukia kvantinės mechanikos rezultatai ir jų reliatyvistinės pataisos, pvz., nagrinėjant fotono sugertį arba spinduliavimą elektronu (n₀ = 1), randamas kvantinio šuolio operatoriaus nereliatyvistinis artinys ir jo reliatyvistinės pataisos; iš elektrono sklaidos elektronu (n₀ = 2) nustatomos elektronų sąveikos Coulomb’o potencialo reliatyvistinės pataisos. Kiti dėmenys, kurių n > n₀, yra kvantinės elektrodinamikos efektai – reiškinio radiacinės pataisos. Jas lemia dalelių ir virtualiųjų dalelių (virtualiųjų elektronų, pozitronų, fotonų, elektrono ir pozitrono porų) sąveika. Virtualiosios dalelės atsiranda viename erdvėlaikio taške ir išnyksta kitame, todėl egzistuoja gana trumpai ir nėra tiesiogiai stebimos, bet jomis reiškiasi realių dalelių sąveika, jos sudaro elektrono, pozitrono ir fotono savąjį lauką. Svarbi radiacinė pataisa yra elektrono magnetinio momento μ nuokrypis nuo laisvojo elektrono šio dydžio vertės. Atsižvelgiant į radiacines pataisas, apskaičiuotas elektrono magnetiniam momentui, net dešimčia reikšminių ženklų sutampa su eksperimentine verte. Dėl elektrono savojo lauko atsiranda atomo energijos verčių poslinkis (Lamb’o poslinkis). Kvantinė elektrodinamika taip pat numato šviesos sklaidą šviesa (fotonų sąveiką), elektrono ir pozitrono poros atsiradimą stipriame elektromagnetiniame lauke. Kvantinės elektrodinamikos išvadų ir eksperimentinių rezultatų labai gera dermė lėmė ne tik kvantinės elektrodinamikos pripažinimą, bet skatino kurti ir kitų fundamentaliųjų sąveikų teorijas. 21 a. pradžioje kvantinė elektrodinamika yra bendrosios elektrosilpnosios sąveikos teorijos dalis. Dabartinį kvantinės elektrodinamikos matematinį aparatą 20 a. 5 dešimtmečio antroje pusėje sukūrė R. Ph. Feynmanas, J. S. Schwingeris ir S.-I. Tomonaga.