Kvantefeltteori, videreføring av kvantemekanikken. I kvantemekanikk for f.eks. et hydrogenatom beskrives elektronet som beveger seg rundt kjernen ved hjelp av en bølgefunksjon, og den elektromagnetiske vekselvirkningen mellom elektronet og kjernen (protonet) ved et coulombpotensial. I kvantefeltteori vil elektronet beskrives ved hjelp av et elektronfelt og det elektromagnetiske feltet mellom elektronet og kjernen ved et fotonfelt. Mer generelt vil det i en kvantefeltteori svare et kvantefelt til hver partikkeltype. Et slikt kvantefelt er en abstrakt størrelse som beskriver skapelse og destruksjon av partikler. En fysisk partikkel kan oppfattes som en eksitasjon av et tilhørende kvantefelt.

Den mest etablerte kvantefeltteorien er kvanteelektrodynamikk som beskriver vekselvirkninger mellom elektroner, positroner (elektronenens antipartikler) og fotoner (lyskvant). Denne teorien er, så langt man har kunnet måle, funnet å være i overensstemmelse med eksperimentene, som kan illustreres ved såkalte Feynman-diagram (se R. P. Feynman, elementærpartikkelfysikk) der vekselvirkningene mellom elektronene (og positroner) beskrives som utveksling av ett eller flere fotoner. Fotonet kan altså oppfattes som kraftformidler i kvanteelektrodynamikken. Som eksempel vil utveksling av ett foton mellom to elektroner svare til vekselvirkning ved et coulombpotensial.  Teorien har den egenskapen at utveksling av to fotoner er mindre sannsynlig enn utveksling av ett foton; utveksling av tre fotoner er mindre sannsynlig enn utveksling av to fotoner, osv. (Man snakker om en perturbativ ekspansjon, en rekkeutvikling etter høyere og høyere potenser av finstrukturkonstanten som numerisk er omtrent lik 1/137.)

Også elektrosvak teori kan beskrives av en kvantefeltteori der vekselvirkningene mellom de forskjellige fermionene, dvs. forskjellige typer leptoner og kvarker, kan beskrives som utveksling av justerbosonene (kraftformidlerne): γ (fotonet), W+, W og Z. I motsetning til fotonet, som ikke har noen (hvile-)masse, er W±, Z svært tunge, omkring 90–100 protonmasser. Også sterk vekselvirkning mellom kvarker kan (ved energier større enn hvileenergien til protonet) beskrives som utveksling av ett eller flere gluoner.

I standard ikke-relativistisk kvantemekanikk er partikkeltallet bevart. Dette er ikke tilfelle i relativistisk kvantefeltteori der partikler kan oppstå og bli borte som kvantefluktuasjoner. Disse beskrives matematisk og illustreres som såkalte Feynman-diagram av løkke-type (eng. "loop diagrams"). Den mest kjente kvantefluktuasjons-effekten er  "vakuum-polarisasjon" i kvanteelektrodynamikk der et elektron-positronpar oppstår over et kort tidsrom og forsvinner. Denne effekten kan oppfattes som en modifikasjon av coulombpotensialet.

I noen sammenhenger, f.eks. ved beskrivelsen av bundne tilstander, kan ikke kreftene mellom partiklene beskrives som en serie utvekslinger av justerbosoner. Andre (ikke-perturbative) metoder må da brukes. I noen enkle tilfelle i elektrodynamikk kan bundne tilstander løses eksakt innenfor kvantemekanikk. Men som oftest er det problematisk å finne en tilfredsstillende beskrivelse. Ofte må man ty til tidkrevende numeriske simuleringer på kraftige datamaskiner, som f.eks  i kvantekromodynamikk. Mer eller mindre gode approksimasjoner er også i bruk.

Kvantefeltteori er også i bruk i faststoffysikk og beslektede emner. Enkelte ideer fra denne delen av fysikken er også overført til kvantefeltteori for elementærpartikkelfysikk. Se også kvanteelektrodynamikk, kvantekromodynamikk, justerteori, elektrosvak teori, kvark og lepton.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.