Elektrodinamika kuantum (QED), teori medan kuantum dari interaksi partikel bermuatan dengan medan elektromagnetik. Ini menggambarkan secara matematis tidak hanya semua interaksi cahaya dengan materi, tetapi juga interaksi antara partikel bermuatan satu sama lain. QED adalah teori relativistik di mana teori relativitas khusus Albert Einstein dibangun ke dalam masing-masing persamaannya. Karena perilaku atom dan molekul pada dasarnya bersifat elektromagnetik, semua fisika atom dapat dianggap sebagai laboratorium uji untuk teori tersebut. Beberapa tes QED yang paling tepat adalah percobaan yang berhubungan dengan sifat-sifat partikel subatom yang dikenal sebagai muon. Momen magnetik dari jenis partikel ini telah terbukti sesuai dengan teori hingga sembilan digit signifikan. Kesepakatan dengan akurasi tinggi seperti itu menjadikan QED salah satu teori fisik paling sukses sejauh ini.
radiasi elektromagnetik: Elektrodinamika kuantum
Di antara fenomena paling meyakinkan yang menunjukkan sifat kuantum cahaya adalah sebagai berikut. Saat intensitas cahaya redup
Pada tahun 1928, fisikawan Inggris PAM Dirac meletakkan dasar untuk QED dengan penemuan persamaan gelombang yang menggambarkan gerakan dan putaran elektron dan menggabungkan mekanika kuantum dan teori relativitas khusus. Teori QED disempurnakan dan dikembangkan sepenuhnya pada akhir 1940-an oleh Richard P. Feynman, Julian S. Schwinger, dan Tomonaga Shin'ichirō, secara independen satu sama lain. QED bersandar pada gagasan bahwa partikel bermuatan (misalnya, elektron dan positron) berinteraksi dengan memancarkan dan menyerap foton, partikel yang mengirimkan gaya elektromagnetik. Foton ini “virtual”; yaitu, mereka tidak dapat dilihat atau dideteksi dengan cara apa pun karena keberadaan mereka melanggar konservasi energi dan momentum. Pertukaran foton hanyalah "kekuatan" dari interaksi, karena partikel yang berinteraksi mengubah kecepatan dan arah perjalanan ketika mereka melepaskan atau menyerap energi foton. Foton juga dapat dipancarkan dalam keadaan bebas, dalam hal ini mereka dapat diamati sebagai cahaya atau bentuk lain dari radiasi elektromagnetik.
Interaksi dua partikel bermuatan terjadi dalam serangkaian proses peningkatan kompleksitas. Secara sederhana, hanya satu foton virtual yang terlibat; dalam proses orde kedua, ada dua; Dan seterusnya. Proses sesuai dengan semua cara yang memungkinkan di mana partikel dapat berinteraksi dengan pertukaran foton virtual, dan masing-masing dapat diwakili secara grafis dengan menggunakan apa yang disebut diagram Feynman. Selain memberikan gambaran intuitif tentang proses yang sedang dipertimbangkan, jenis diagram ini menentukan dengan tepat bagaimana menghitung variabel yang terlibat. Setiap proses subatom menjadi komputasi lebih sulit daripada yang sebelumnya, dan ada jumlah proses yang tak terbatas. Teori QED, bagaimanapun, menyatakan bahwa semakin kompleks proses — yaitu, semakin besar jumlah foton virtual yang dipertukarkan dalam proses — semakin kecil kemungkinan terjadinya. Untuk setiap tingkat kompleksitas, kontribusi dari proses menurun dengan jumlah yang diberikan oleh α 2 -di mana α adalah berdimensi kuantitas disebut struktur-halus konstan, dengan nilai numerik sama dengan (1 / 137). Dengan demikian, setelah beberapa level, kontribusi dapat diabaikan. Dengan cara yang lebih mendasar, faktor α berfungsi sebagai ukuran kekuatan interaksi elektromagnetik. Itu sama dengan e 2 / 4πε o [planck] c, di mana e adalah muatan elektron, [planck] adalah konstanta Planck dibagi dengan 2π, c adalah kecepatan cahaya, dan ε o adalah izin ruang bebas.
QED sering disebut teori perturbasi karena kecilnya konstanta struktur halus dan ukuran kontribusi penurunan orde yang lebih tinggi. Kesederhanaan relatif ini dan keberhasilan QED telah membuatnya menjadi model untuk teori medan kuantum lainnya. Akhirnya, gambar interaksi elektromagnetik sebagai pertukaran partikel virtual telah dibawa ke teori-teori interaksi mendasar lainnya dari materi, gaya kuat, gaya lemah, dan gaya gravitasi. Lihat juga teori ukuran.
