Kwantumelektrodynamica

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Kwantumelektrodynamica, of (QED: van Quantumelectrodynamics) is een relativistische kwantumveldentheorie van het elektromagnetisme. Deze theorie is een integratie van de relativistische versie van de Wetten van Maxwell met de theorie van de kwantummechanica.

QED beschrijft wiskundig alle fenomenen die betrekking hebben op de elektrische lading van deeltjes die op elkaar inwerken door middel van de uitwisseling door fotonen, tussen licht en materie of tussen geladen deeltjes. Het wordt "het juweel van de natuurkunde" genoemd voor de zeer nauwkeurige voorspelling van fysische 'hoeveelheden', zoals onder andere het magnetische moment van het elektron en de Lambverschuiving van de energieniveaus van waterstof.

De elektromagnetische interacties zijn de meest belangrijke interacties omdat de andere interacties (de sterke interactie en de zwakke interactie) alleen op het niveau van atoomkernen van belang zijn. Deze theorie kan alle elektrische, chemische en optische verschijnselen nauwkeurig voorspellen en verklaren. Door de ontwikkeling van de Kwantumchromodynamica is de zwakke interactie verdwenen als aparte interactie en geïntegreerd met de elektomagnetische interactie met als resultaat de elektrozwakke interactie.

Geschiedenis[bewerken]

Werk aan kwantumelektrodynamica is begonnen door onder andere Dirac, Pauli, Weisskopf en Jordan. Voor de uiteindelijke theorie is het werk van Richard Feynman, Julian Schwinger, Shinichiro Tomonaga en Freeman Dyson bepalend geweest. De benadering van Swinger en Tomanaga verschilt van die van Feynman, maar Dyson toonde aan dat de beide benaderingen gelijkwaardig waren. De eerste drie hebben voor de ontwikkeling van de theorie in 1965 de Nobelprijs ontvangen. Voor een eenvoudige behandeling van het door Feynman geïntroduceerde begrip padintegraal zij verwezen naar het Feynman-Kac-formalisme en ook de bekende Schrödingervergelijking.

Lagrangiaan[bewerken]

De hele theorie van QED kan (net zoals de meeste andere natuurkundige theorieën) op een bondige manier samengevat worden door het opgeven van een Lagrangiaan. In het geval van QED is deze gegeven door

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

Hierbij stelt  \psi het (kwantum)veld van elektronen en positronen voor, \bar\psi = \psi^\dagger\gamma^0 en F_{\mu\nu} is de elektromagnetische veldtensor. Verder is m de massa ("bare mass") en zijn \gamma^\mu de gamma-matrices en is D_\mu = \partial_\mu+ieA_\mu de ijk-covariante afgeleide. Indien men de Lagrangiaan uitschrijft, krijgt men verschillende termen. Eén stuk beschrijft de elektronen en positronen apart. Een ander stuk beschrijft het elektromagnetisch veld, en de rest beschrijft de interactie tussen beiden.

Zie ook[bewerken]