Kvanttikenttäteoria yhtyy muiden kvanttiteorioiden ajatuksiin kuvata kaikki hiukkaset ”eksitaatioina”, joita syntyy taustalla olevissa kentissä. Brittiläinen fyysikko Paul Dirac aloitti pallon pyörimisen 1920 – luvun lopulla yhtälöllään, joka kuvasi, miten relativistiset elektronit – ja sen myötä useimmat muut materiahiukkaset-käyttäytyvät.
Niels Bohrin ja Werner Heisenbergin 1920-luvulla kehittämä Standardikvanttiteoria soveltuu erinomaisesti yksittäisten hiukkasten toiminnan kuvaamiseen eristyksissä ja hitailla nopeuksilla. Mutta selittää niiden vuorovaikutusta todellisessa maailmassa, tarvitset jotain enemmän.
erityisesti kvanttiteoria pitää yhdistää erityiseen suhteellisuusteoriaan, Einsteinin teoriaan siitä, miten avaruus ja aika vääristyvät suurilla nopeuksilla liikkuville asioille. Erityisen suhteellisuusteorian mukaan Massa ja energia ovat keskenään vaihdettavissa, mikä ilmenee yhtälöstä E=mc2. Heisenbergin kvanttiepävarmuusperiaate puolestaan sanoo, että hiukkaset voivat lainata energiaa tyhjiöstä tietyn ajan.
Diracin yhtälössä oli pisto hännässä: se ennusti elektronin kanssa identtisen hiukkasen olemassaolon kaikin tavoin vastakkaista sähkövarausta lukuun ottamatta. Positron, ensimmäinen antimateriahiukkanen, löydettiin asianmukaisesti kosmisista säteistä muutamaa vuotta myöhemmin. Se oli ensimmäinen kokonainen uusi hiukkaskokoelma, jota teoreetikot ehdottivat kvanttikenttäteorioiden kehittyessä-ja joka myöhemmin ilmaantui todellisuuteen.
Mainos
kaksi kvanttikenttäteoriaa ovat hiukkasfysiikan standardimallin ytimessä. Monien vuosikymmenten teoreettisen työn tuote, joka on huolellisesti vahvistettu kokeella, tämä malli kattaa kolmen neljästä luonnonvoimasta toiminnan voimaa kantavien bosonihiukkasten ja ainetta valmistavien fermionien vuorovaikutusten kautta.
kvanttielektrodynamiikka (QED) on sähkömagnetismin ja heikon ydinvoiman yhtenäinen ”elektroweak” – teoria, joka hallitsee ydinprosesseja, kuten radioaktiivista beetahajoamista, jotka ovat ratkaisevia esimerkiksi siinä, miten aurinko polttaa polttoaineensa.
Kvanttikromodynamiikka (QCD) puolestaan on teoria voimakkaasta ydinvoimasta. Gluoneiksi kutsuttujen bosonien välittämä voimakas, hyvin lyhyen kantaman voima sitoo kvarkit yhteen muodostaen hiukkasia, kuten protoneja ja neutroneja.
standardimallin kruunasi vuonna 2012 lähes viisi vuosikymmentä aiemmin ennustettu Higgsin bosonin löytyminen. Massa on aineen kiintein ominaisuus, ja perushiukkasen massa määräytyy sen mukaan, missä määrin se on vuorovaikutuksessa Higgsin bosonin kanssa. Vuonna 1964 ensimmäisen kerran esitetyn teorian mukaan Higgsiin liittyvä melassimainen kenttä tuottaa hiukkastyypin mukaan vaihtelevan ilmanvastuksen.
meiltä puuttuu kuitenkin vielä painovoiman Kvanttikenttäteoria. Pelkästään näistä neljästä voimasta gravitaatioon ei ole kiinnittynyt hiukkasia, vaan se selittyy Einsteinin yleisellä suhteellisuusteorialla aika-avaruuden vääntymisenä – hyvin erilaisena kalakattilana. Richard Webb