Kvantefeltteori gifter seg med ideene til andre kvanteteorier for å skildre alle partikler som «excitasjoner» som oppstår i underliggende felt. Den Britiske fysikeren Paul Dirac startet ballen rullende på slutten av 1920 – tallet med sin ligning som beskriver hvordan relativistiske elektroner – og med det de fleste andre materiepartikler-oppfører seg.
Standard kvanteteori som er utviklet av slike Som Niels Bohr og Werner Heisenberg på 1920-tallet er greit for å beskrive arbeidet til individuelle partikler i isolasjon og ved lave hastigheter. Men for å forklare deres samspill i den virkelige verden, trenger du noe mer.
spesielt må du gifte deg med kvanteteori med spesiell relativitet, Einsteins teori om hvordan rom og tid warp for ting som reiser med høye hastigheter. Spesiell relativitet sier at masse og energi er utskiftbare, som legemliggjort Av ligningen E=mc2. Heisenbergs kvanteusikkerhetsprinsipp sier i mellomtiden at partikler kan låne energi fra vakuumet i en viss tid.
Dirac-ligningen hadde et sting i halen: det forutslo eksistensen av en partikkel identisk med elektronen på alle måter, bortsett fra motsatt elektrisk ladning. Positronet, den første antimaterie partikkelen, ble behørig oppdaget i kosmiske stråler noen år senere. Det var den første av en helt ny menasjeri av partikler som teoretikere foreslo som kvantefeltteorier utviklet seg-og som senere dukket opp i virkeligheten.
Annonse
To kvantefeltteorier ligger i hjertet av standardmodellen for partikkelfysikk. Produktet av mange tiår med teoretisk arbeid, omhyggelig bekreftet av eksperiment, dekker denne modellen arbeidet til tre av de fire naturkreftene gjennom samspill av kraftbærende bosonpartikler med materiefremstillende fermioner.
Quantum electrodynamics (QED) er enhetlig «electroweak» teori om elektromagnetisme og svak kjernekraft, som styrer kjernefysiske prosesser som radioaktive beta henfall som er avgjørende, for eksempel i hvordan solen brenner sitt drivstoff.
Quantum chromodynamics (QCD), i mellomtiden, er teorien om den sterke atomkraft. Overført av bosoner kalt gluoner, binder denne sterke, svært korte kraften kvarker sammen for å lage partikler som protoner og nøytroner.
kronen av standardmodellen kom i 2012, med oppdagelsen Av Higgs boson, spådd nesten fem tiår tidligere. Masse er den mest solide egenskapen til materie, og massen av en grunnleggende partikkel bestemmes av dens grad av interaksjon med Higgs boson. Ifølge en teori som først ble foreslått i 1964, gir det melasselignende feltet forbundet Med Higgs en dra som varierer i henhold til partikkeltype.
det vi fortsatt mangler, er imidlertid en kvantefeltteori om tyngdekraften. Alene av de fire kreftene har tyngdekraften ingen partikler knyttet til den, og forklares i stedet Av Einsteins generelle relativitetsteori som vridning av romtid-en helt annen vannkoker av fisk. Richard Webb