kvantová teorie pole si vezme myšlenky jiných kvantových teorií, aby zobrazila všechny částice jako „excitace“, které vznikají v podkladových polích. Britský fyzik Paul Dirac začal míč v pozdních dvacátých letech s jeho rovnicí popisující, jak se chovají relativistické elektrony – as tím i většina ostatních částic hmoty.
standardní kvantová teorie vyvinutá Nielsem Bohrem a Wernerem Heisenbergem v roce 1920 je vhodná pro popis fungování jednotlivých částic izolovaně a při pomalých rychlostech. Ale vysvětlit jejich interakce v reálném světě, potřebujete něco víc.
zejména je třeba vzít kvantovou teorii se speciální relativitou, Einsteinovou teorií o tom, jak se prostor a čas deformují pro věci, které cestují vysokou rychlostí. Speciální relativita říká, že hmota a energie jsou zaměnitelné, jak je ztělesněno rovnicí E=mc2. Heisenbergův princip kvantové neurčitosti mezitím říká, že částice si mohou po určitou dobu půjčit energii z vakua.
Diracova rovnice měla v ocasu bodnutí: předpověděl existenci částice identické s elektronem ve všech směrech, kromě opačného elektrického náboje. Pozitron, první částice antihmoty, byla řádně objevena v kosmických paprscích o několik let později. Byl to první z úplně nového zvěřince částic, které teoretici navrhli, jak se vyvinuly teorie kvantového pole – a které se později objevily ve skutečnosti.
reklama
dvě teorie kvantového pole leží v srdci standardního modelu částicové fyziky. Produkt mnohaleté teoretické práce, pečlivě potvrzena experimentem, tento model se vztahuje na fungování tří ze čtyř sil přírody prostřednictvím interakce síly-přenášení boson částice s hmotou-výroba fermiony.
Kvantová elektrodynamika (QED) je jednotný „elektroslabého“ teorie elektromagnetismu a slabá jaderná síla, která řídí jaderných procesů, jako jsou radioaktivní beta rozpadů, které jsou velmi důležité, například, v tom, jak slunce spálí své palivo.
kvantová chromodynamika (QCD) je mezitím teorií silné jaderné síly. Tato silná síla velmi krátkého dosahu, přenášená bosony nazývanými gluony, váže kvarky dohromady a vytváří částice, jako jsou protony a neutrony.
korunní sláva standardního modelu přišla v roce 2012 s objevem Higgsova bosonu, který byl předpovězen téměř o pět desetiletí dříve. Hmotnost je nejpevnější vlastností hmoty a hmotnost základní částice je určena stupněm interakce s Higgsovým bosonem. Podle teorie, která byla poprvé navržena v roce 1964, pole podobné melasě spojené s Higgsem poskytuje odpor, který se liší podle typu částic.
co nám však stále chybí, je kvantová teorie gravitačního pole. Sám ze čtyř sil, gravitace nemá žádné částice připojené k němu, a místo toho je vysvětleno Einsteinova obecná teorie relativity jako deformace časoprostoru-velmi odlišné konvice ryb. Richard Webb