teoria câmpului cuantic se căsătorește cu ideile altor teorii cuantice pentru a descrie toate particulele ca „excitații” care apar în câmpurile subiacente. Fizicianul britanic Paul Dirac a început rularea mingii la sfârșitul anilor 1920 cu ecuația sa care descrie modul în care se comportă electronii relativiști – și cu ei majoritatea celorlalte particule de materie.
teoria cuantică standard dezvoltată de Niels Bohr și Werner Heisenberg în anii 1920 este bună pentru descrierea funcționării particulelor individuale în izolare și la viteze lente. Dar pentru a explica interacțiunile lor în lumea reală, aveți nevoie de ceva mai mult.
în special, trebuie să căsătorim teoria cuantică cu relativitatea specială, teoria lui Einstein despre modul în care spațiul și timpul se deformează pentru lucrurile care călătoresc cu viteze mari. Relativitatea specială spune că masa și energia sunt interschimbabile, așa cum este întruchipată de ecuația E=mc2. Între timp, principiul incertitudinii cuantice al lui Heisenberg spune că particulele pot împrumuta energie din vid pentru o anumită perioadă de timp.
ecuația Dirac avea o înțepătură în coadă: a prezis existența unei particule identice cu electronul în orice mod, în afară de sarcina electrică opusă. Pozitronul, prima particulă de antimaterie, a fost descoperit în mod corespunzător în razele cosmice câțiva ani mai târziu. A fost prima dintr – o nouă menajerie de particule pe care teoreticienii au propus-o pe măsură ce teoriile câmpului cuantic au evoluat-și care mai târziu au apărut în realitate.
publicitate
două teorii ale câmpului cuantic se află în centrul modelului standard al fizicii particulelor. Produsul multor decenii de muncă teoretică, confirmat meticulos prin experiment, acest model acoperă funcționarea a trei dintre cele patru forțe ale naturii prin interacțiuni ale particulelor de boson purtătoare de forță cu fermioni care produc materie.
electrodinamica cuantică (QED) este teoria unificată „electroslabă” a electromagnetismului și a forței nucleare slabe, care guvernează procesele nucleare, cum ar fi dezintegrările beta radioactive, care sunt cruciale, de exemplu, în modul în care soarele își arde combustibilul.
cromodinamica cuantică (QCD), între timp, este teoria forței nucleare puternice. Transmisă de bosoni numiți gluoni, această forță puternică, cu rază foarte scurtă de acțiune leagă quarcii împreună pentru a produce particule precum protonii și neutronii.
gloria încoronată a modelului standard a venit în 2012, odată cu descoperirea bosonului Higgs, prezis cu aproape cinci decenii mai devreme. Masa este cea mai solidă proprietate a materiei, iar masa unei particule fundamentale este determinată de gradul său de interacțiune cu bosonul Higgs. Conform unei teorii propuse pentru prima dată în 1964, câmpul asemănător melasei asociat cu Higgs oferă o rezistență care variază în funcție de tipul de particule.
ceea ce încă ne lipsește, totuși, este o teorie cuantică a câmpului gravitațional. Singura dintre cele patru forțe, gravitația nu are particule atașate de ea și este explicată în schimb de teoria generală a relativității a lui Einstein ca deformarea spațiului-timp – un fierbător de pește foarte diferit. Richard Webb