kvantefeltteori gifter sig med ideerne fra andre kvanteteorier for at skildre alle partikler som “Ophidselser”, der opstår i underliggende felter. Den britiske fysiker Paul Dirac startede bolden i slutningen af 1920 ‘ erne med sin ligning, der beskriver, hvordan relativistiske elektroner – og med det de fleste andre stofpartikler – opfører sig.
standard kvanteteori som udviklet af folk som Niels Bohr og Heisenberg i 1920 ‘ erne er fint til at beskrive de enkelte partiklers funktion i isolation og ved lave hastigheder. Men for at forklare deres interaktioner i den virkelige verden har du brug for noget mere.
især skal du gifte dig med kvanteteori med særlig relativitet, Einsteins teori om, hvordan rum-og tidskæde for ting, der rejser med høje hastigheder. Særlig relativitet siger masse og energi er udskiftelige, som legemliggjort af ligningen E=mc2. Heisenbergs kvanteusikkerhedsprincip siger i mellemtiden, at partikler kan låne energi fra vakuumet i en vis tid.
Dirac-ligningen havde et stik i halen: det forudsagde eksistensen af en partikel identisk med elektronen på alle måder bortset fra den modsatte elektriske ladning. Positronen, den første antimatterpartikel, blev behørigt opdaget i kosmiske stråler et par år senere. Det var den første af en helt ny menagerie af partikler, som teoretikere foreslog, da kvantefeltteorier udviklede sig – og som senere dukkede op i virkeligheden.
annonce
to kvantefeltteorier ligger i hjertet af standardmodellen for partikelfysik. Produktet af mange årtiers teoretisk arbejde, omhyggeligt bekræftet af eksperiment, dækker denne model arbejdet med tre af de fire naturkræfter gennem interaktioner mellem kraftbærende bosonpartikler og materiefremstillende fermioner.
kvantelektrodynamik er den samlede “elektrosvag” teori om elektromagnetisme og den svage atomkraft, der styrer nukleare processer såsom radioaktive beta henfald, der er afgørende, for eksempel i, hvordan solen brænder sit brændstof.
kvantekromodynamik er i mellemtiden teorien om den stærke atomkraft. Transmitteret af bosoner kaldet gluoner, binder denne stærke, meget korttrækkende kraft kvarker sammen for at fremstille partikler som protoner og neutroner.
kronen på standardmodellen kom i 2012, med opdagelsen af Higgs boson, forudsagt næsten fem årtier tidligere. Masse er den mest solide egenskab af materie, og massen af en grundlæggende partikel bestemmes af dens grad af interaktion med Higgs boson. Ifølge en teori, der først blev foreslået i 1964, giver det melasselignende felt, der er forbundet med Higgs, et træk, der varierer afhængigt af partikeltype.
hvad vi stadig mangler, er imidlertid en kvantefeltteori om tyngdekraften. Alene af de fire kræfter har tyngdekraften ingen partikler knyttet til sig og forklares i stedet af Einsteins generelle relativitetsteori som vridning af rumtid-en meget anden kedel fisk. Richard NB