ไฟฟ้ากระแสควอนตัม (QED)ทฤษฎีสนามควอนตัมของปฏิกิริยาของอนุภาคที่มีประจุกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า มันอธิบายทางคณิตศาสตร์ไม่เพียง แต่ปฏิกิริยาของแสงกับสสารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงของอนุภาคที่มีประจุซึ่งกันและกัน QED เป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพในทฤษฎีของอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ว่าด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษถูกสร้างขึ้นในแต่ละสมการของมัน เนื่องจากพฤติกรรมของอะตอมและโมเลกุลเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นหลักในธรรมชาติฟิสิกส์อะตอมทั้งหมดจึงถือเป็นห้องปฏิบัติการทดสอบสำหรับทฤษฎี การทดสอบ QED ที่แม่นยำที่สุดบางส่วนนั้นเป็นการทดลองเกี่ยวกับคุณสมบัติของอนุภาคในระดับอะตอมที่รู้จักกันในชื่อมิวออน ช่วงเวลาแม่เหล็กของอนุภาคประเภทนี้แสดงให้เห็นว่าสอดคล้องกับทฤษฎีถึงตัวเลขเก้าหลัก ข้อตกลงของความแม่นยำสูงทำให้ QED เป็นหนึ่งในทฤษฎีทางกายภาพที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า: ไฟฟ้าควอนตัม
ท่ามกลางปรากฏการณ์ที่น่าเชื่อที่สุดที่แสดงให้เห็นถึงลักษณะควอนตัมของแสงมีดังต่อไปนี้ เมื่อความเข้มของแสงลดลง
ในปี 1928 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ PAM Dirac ได้วางรากฐานสำหรับ QED ด้วยการค้นพบสมการคลื่นที่อธิบายการเคลื่อนที่และการหมุนของอิเล็กตรอนและรวมกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ทฤษฎี QED ได้รับการขัดเกลาและพัฒนาอย่างเต็มที่ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1940 โดย Richard P. Feynman, Julian S. Schwinger และ Tomonaga Shin'ichirōเป็นอิสระจากกัน QED ตั้งอยู่บนความคิดที่ว่าอนุภาคที่มีประจุ (เช่นอิเล็กตรอนและโพสิตรอน) มีปฏิสัมพันธ์โดยการเปล่งและดูดซับโฟตอนอนุภาคที่ส่งผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้า โฟตอนเหล่านี้เป็น“ เสมือนจริง”; นั่นคือพวกเขาไม่สามารถมองเห็นหรือตรวจพบในทางใดทางหนึ่งเพราะการดำรงอยู่ของพวกเขาละเมิดการอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัม การแลกเปลี่ยนโฟตอนนั้นเป็นเพียง“ แรง” ของการปฏิสัมพันธ์เนื่องจากอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์นั้นจะเปลี่ยนความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่เมื่อปล่อยหรือดูดซับพลังงานของโฟตอน โฟตอนยังสามารถปล่อยออกมาในสถานะอิสระซึ่งในกรณีนี้พวกเขาอาจถูกมองว่าเป็นแสงหรือรูปแบบอื่น ๆ ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
การทำงานร่วมกันของอนุภาคที่มีประจุสองตัวเกิดขึ้นในกระบวนการเพิ่มความซับซ้อน ในการที่ง่ายที่สุดโฟตอนเสมือนเดียวเท่านั้นที่เกี่ยวข้อง ในกระบวนการที่สองมีสอง; และอื่น ๆ กระบวนการดังกล่าวสอดคล้องกับวิธีที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่อนุภาคสามารถโต้ตอบโดยการแลกเปลี่ยนโฟตอนเสมือนและแต่ละกระบวนการสามารถแสดงภาพกราฟิกโดยวิธีการที่เรียกว่า Feynman diagrams นอกเหนือจากการตกแต่งรูปภาพที่ใช้งานง่ายของกระบวนการที่กำลังพิจารณาแผนภาพประเภทนี้กำหนดวิธีการคำนวณตัวแปรที่เกี่ยวข้องอย่างแม่นยำ แต่ละกระบวนการย่อยจะยากกว่าการคำนวณก่อนหน้านี้และมีจำนวนกระบวนการไม่สิ้นสุด อย่างไรก็ตามทฤษฎี QED ระบุว่ายิ่งกระบวนการที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นนั่นคือยิ่งจำนวนโฟตอนเสมือนที่แลกเปลี่ยนกันมากขึ้นในกระบวนการยิ่งมีโอกาสน้อยที่จะเกิดขึ้นมากขึ้นเท่านั้น สำหรับแต่ละระดับของความซับซ้อนผลงานของกระบวนการที่จะลดลงตามจำนวนเงินที่ได้รับจากα 2 -where αเป็นปริมาณมิติที่เรียกว่าการปรับโครงสร้างอย่างต่อเนื่องโดยมีค่าตัวเลขเท่ากับ (1 / 137) ดังนั้นหลังจากผ่านไปสองสามระดับการบริจาคก็เล็กน้อย ปัจจัยพื้นฐานαทำหน้าที่เป็นเครื่องวัดความแข็งแรงของการมีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า มันเท่ากับe 2 / 4πε o [planck] cโดยที่ e คือประจุของอิเล็กตรอน [planck] คือค่าคงที่ของพลังค์หารด้วย2π, c คือความเร็วของแสงและε oคือการอนุญาตของพื้นที่ว่าง
บ่อยครั้งที่เรียกว่า QED ทฤษฎีการก่อกวนเนื่องจากความไม่แน่นอนของค่าคงที่ของโครงสร้างที่ดีและขนาดของผลลัพธ์ที่ลดลงของการมีส่วนร่วมที่สูงขึ้น ความเรียบง่ายเชิงสัมพันธ์และความสำเร็จของ QED ทำให้เป็นแบบจำลองสำหรับทฤษฎีสนามควอนตัมอื่น ๆ ในที่สุดรูปภาพของการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นการแลกเปลี่ยนอนุภาคเสมือนได้ถูกนำไปใช้กับทฤษฎีของการโต้ตอบพื้นฐานอื่น ๆ ของสสารแรงที่แข็งแกร่งแรงที่อ่อนแอและแรงโน้มถ่วง ดูทฤษฎีมาตรวัด
