Quant-Feldtheorie (QFT) stellt ein theoretisches Fachwerk zur Verfügung, um Quant mechanische Modelle von Systemen klassisch parametrisiert (vertreten) durch eine unendliche Zahl von Graden der Freiheit, d. h. Felder und (in einem kondensierten Sache-Zusammenhang) Vielkörpersysteme zu bauen. Es ist die natürliche und quantitative Sprache der Partikel-Physik und kondensierten Sache-Physik. Die meisten Theorien in der modernen Partikel-Physik, einschließlich des Standardmodells von elementaren Partikeln und ihren Wechselwirkungen, werden als relativistische Quant-Feldtheorien formuliert. Quant-Feldtheorien werden in vielen Zusammenhängen verwendet, und sind in der elementaren Partikel-Physik besonders lebenswichtig, wo die Partikel-Zählung/Zahl den Kurs einer Reaktion umstellen kann. Sie werden auch in der Beschreibung von kritischen Phänomenen und Quant-Phase-Übergängen, solcher als in der BCS Theorie der Supraleitfähigkeit verwendet.

In der perturbative Quant-Feldtheorie werden die Kräfte zwischen Partikeln durch andere Partikeln vermittelt. Die elektromagnetische Kraft zwischen zwei Elektronen wird durch einen Austausch von Fotonen verursacht. Zwischenvektor bosons vermittelt die schwache Kraft und gluons mittelbar die starke Kraft. Es gibt zurzeit keine ganze Quant-Theorie der restlichen grundsätzlichen Kraft, Ernst, aber viele der vorgeschlagenen Theorien verlangt die Existenz einer graviton Partikel, die es vermittelt. Diese Kraft tragenden Partikeln sind virtuelle Partikeln und können definitionsgemäß nicht entdeckt werden, während sie die Kraft tragen, weil solche Entdeckung andeuten wird, dass die Kraft nicht getragen wird. Außerdem der Begriff der "Kraft, die vermittelt, kommt Partikel" aus der Unruhe-Theorie, und hat so Sinn in einem Zusammenhang von bestimmten Staaten nicht.

In QFT wird von Fotonen als "kleine Billardbälle" nicht gedacht, aber wird als Feldquanten - notwendigerweise chunked Kräuselungen in einem Feld oder "Erregung" eher angesehen, die wie Partikeln "aussehen". Fermions, wie das Elektron, kann auch als Kräuselungen/Erregung in einem Feld beschrieben werden, wo jede Art von fermion sein eigenes Feld hat. In der Zusammenfassung ist die klassische Visualisierung von "allem Partikeln und Felder" in der Quant-Feldtheorie ist die Entschlossenheit in "alles Partikeln", der sich dann in "alles auflöst, ist Felder". Schließlich werden Partikeln als aufgeregte Staaten eines Feldes (Feldquanten) betrachtet. Das Schwerefeld und das elektromagnetische Feld sind die nur zwei grundsätzlichen Felder in der Natur, die unendliche Reihe und eine entsprechende klassische Grenze der niedrigen Energie haben, die außerordentlich verringert und ihre "einer Partikel ähnlichen" Erregung verbirgt. Albert Einstein 1905 hat "einer Partikel ähnlichen" und getrennten Austausch von Schwüngen und Energie, Eigenschaft von "Feldquanten" zum elektromagnetischen Feld zugeschrieben. Ursprünglich sollte seine Hauptmotivation die Thermodynamik der Radiation erklären. Obwohl es häufig gefordert wird, dass die fotoelektrischen Effekten und Effekten von Compton eine Quant-Beschreibung des EM Feldes verlangen, wie man jetzt versteht, ist das untreuer und richtiger Beweis der Quant-Natur der Radiation wird jetzt in die moderne Quant-Optik als in der sich antibauschenden Wirkung aufgenommen. Das Wort "Foton" wurde 1926 vom physischen Chemiker Gilbert Newton Lewis ins Leben gerufen (sieh auch das Artikel-Foton antibauschend und Laser).

In der "Grenze der niedrigen Energie" das Quant nimmt die feldtheoretische Beschreibung des elektromagnetischen Feldes, Quant-Elektrodynamik, zur 1864-Theorie von James Clerk Maxwell der klassischen Elektrodynamik nicht genau ab. Kleine Quant-Korrekturen wegen virtueller Elektronpositron-Paare verursachen kleine nichtlineare Korrekturen zu den Gleichungen von Maxwell, obwohl die "klassische Grenze" der Quant-Elektrodynamik so nicht weit erforscht worden ist wie diese der Quant-Mechanik.

Vermutlich ist das bis jetzt unbekannte richtige Quant, das die feldtheoretische Behandlung des Schwerefeldes werden wird und, "genau" der allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein in der "Grenze der niedrigen Energie", oder mehr allgemein wie das System von Einstein Yang Mills Dirac ähnlich. Tatsächlich ist Quant-Feldtheorie selbst vielleicht die niedrige Energie wirksame Feldtheorie-Grenze einer grundsätzlicheren Theorie wie Superschnur-Theorie. Vergleichen Sie in diesem Zusammenhang den Artikel wirksame Feldtheorie.

Geschichte

Quant-Feldtheorie ist in den 1920er Jahren aus dem Problem entstanden, ein Quant mechanische Theorie des elektromagnetischen Feldes zu schaffen. In particlular de Broglie 1924 hat die Idee von einer Welle-Beschreibung von elementaren Systemen folgendermaßen eingeführt: "Wir gehen in dieser Arbeit von der Annahme der Existenz eines bestimmten periodischen Phänomenes noch weiter, um bestimmter Charakter zu sein, der all und jedem isoliertem Energiepaket zugeschrieben werden soll".

1925 haben Werner Heisenberg, Max Born und Pascual Jordan solch eine Theorie gebaut, indem sie die inneren Grade des Feldes der Freiheit als ein unendlicher Satz von harmonischen Oszillatoren ausgedrückt haben, und indem sie das kanonische quantization Verfahren zu jenen Oszillatoren verwendet haben. Diese Theorie hat angenommen, dass keine elektrischen Anklagen oder Ströme da gewesen sind und heute eine freie Feldtheorie genannt würden. Die erste vernünftig ganze Theorie der Quant-Elektrodynamik, die sowohl das elektromagnetische Feld eingeschlossen hat als auch elektrisch Sache (spezifisch, Elektronen) als Quant mechanische Gegenstände beladen hat, wurde von Paul Dirac 1927 geschaffen. Diese Quant-Feldtheorie konnte verwendet werden, um wichtige Prozesse wie die Emission eines Fotons durch ein Elektron zu modellieren, das in einen Quant-Staat der niedrigeren Energie, eines Prozesses hereinschaut, in dem die Zahl von Partikel-Änderungen — ein Atom im anfänglichen Staat ein Atom plus ein Foton im Endstaat wird. Es wird jetzt verstanden, dass die Fähigkeit, solche Prozesse zu beschreiben, eine der wichtigsten Eigenschaften der Quant-Feldtheorie ist.

Es war vom Anfang offensichtlich, dass eine richtige Quant-Behandlung des elektromagnetischen Feldes irgendwie die Relativitätstheorie von Einstein vereinigen musste, die aus der Studie des klassischen Elektromagnetismus gewachsen war. Dieses Bedürfnis, Relativität und Quant-Mechanik zusammenzustellen, war die zweite Hauptmotivation in der Entwicklung der Quant-Feldtheorie. Pascual Jordan und Wolfgang Pauli haben 1928 gezeigt, dass Quant-Felder gemacht werden konnten, sich im Weg zu benehmen, der durch die spezielle Relativität während Koordinatentransformationen vorausgesagt ist (spezifisch, haben sie gezeigt, dass die Feldumschalter Lorentz invariant waren). Eine weitere Zunahme für die Quant-Feldtheorie ist mit der Entdeckung der Gleichung von Dirac gekommen, die ursprünglich formuliert wurde und als eine der Gleichung von Schrödinger analoge Gleichung der einzelnen Partikel gedolmetscht hat, aber verschieden von der Gleichung von Schrödinger befriedigt die Gleichung von Dirac sowohl Lorentz invariance, d. h. die Voraussetzungen der speziellen Relativität als auch die Regeln der Quant-Mechanik. Die Dirac Gleichung hat sich spin-1/2 Wert des Elektrons eingestellt und hat für seinen magnetischen Moment sowie das Geben genauer Vorhersagen für die Spektren von Wasserstoff Rechenschaft abgelegt. Die versuchte Interpretation der Gleichung von Dirac als eine Gleichung der einzelnen Partikel konnte lange jedoch nicht aufrechterhalten werden, und schließlich wurde es gezeigt, dass mehrere seiner unerwünschten Eigenschaften (wie Staaten der negativen Energie) durch die Wiederformulierung und die Wiederinterpretation der Gleichung von Dirac als eine wahre Feldgleichung, in diesem Fall für das gequantelte "Feld von Dirac" oder das "Elektronfeld", mit den "Lösungen der negativen Energie" verstanden werden konnten, zur Existenz von Antiteilchen hinweisend. Diese Arbeit wurde zuerst von Dirac selbst mit der Erfindung der Loch-Theorie 1930 und von Wendell Furry, Robert Oppenheimer, Vladimir Fock und anderen durchgeführt. Schrödinger, während derselben Periode, dass er seine berühmte Gleichung 1926 entdeckt hat, hat auch unabhängig die relativistische Generalisation davon bekannt als die Gleichung von Klein-Gordon gefunden, aber hat sie seitdem ohne Drehung abgewiesen, sie hat unmögliche Eigenschaften für das Wasserstoffspektrum vorausgesagt. (Sieh Oskar Klein und Walter Gordon.) Wie man sagt, sind alle relativistischen Wellengleichungen, die mit der Drehungnullpartikeln beschreiben, vom Typ von Klein-Gordon.

Von großer Bedeutung sind die Studien von sowjetischen Physikern, Viktor Ambartsumian und Dmitri Ivanenko, insbesondere der Hypothese von Ambarzumian-Ivanenko der Entwicklung von massiven Partikeln (veröffentlicht 1930), der der Eckstein der zeitgenössischen Quant-Feldtheorie ist. Die Idee besteht darin, dass nicht nur die Quanten des elektromagnetischen Feldes, der Fotonen, sondern auch anderen Partikeln (einschließlich Partikeln, die Nichtnull haben, lassen Masse ausruhen), geboren sein und infolge ihrer Wechselwirkung mit anderen Partikeln verschwinden können. Diese Idee von Ambartsumian und Ivanenko hat die Basis der modernen Quant-Feldtheorie und Theorie von elementaren Partikeln gebildet.

Eine feine und sorgfältige Analyse 1933 und später 1950 durch Niels Bohr und Leon Rosenfeld hat gezeigt, dass es eine grundsätzliche Beschränkung auf die Fähigkeit gibt, gleichzeitig die elektrischen und magnetischen Feldkräfte zu messen, die in die Beschreibung von Anklagen in der Wechselwirkung mit der Radiation eintreten, die durch den Unklarheitsgrundsatz auferlegt ist, der für alle kanonisch verbundenen Mengen gelten muss. Diese Beschränkung ist für die erfolgreiche Formulierung und Interpretation einer Quant-Feldtheorie von Fotonen und Elektronen (Quant-Elektrodynamik), und tatsächlich, jeder perturbative Quant-Feldtheorie entscheidend. Die Analyse von Bohr und Rosenfeld erklärt Schwankungen in den Werten des elektromagnetischen Feldes, die sich von den klassisch "erlaubten" von den Quellen des Feldes entfernten Werten unterscheiden. Ihre Analyse war für die Vertretung entscheidend, dass die Beschränkungen und physischen Implikationen des Unklarheitsgrundsatzes für alle dynamischen Systeme, entweder Felder oder materielle Partikeln gelten. Ihre Analyse hat auch die meisten Menschen überzeugt, dass jeder Begriff des Zurückbringens in eine grundsätzliche Beschreibung der Natur, die auf der klassischen Feldtheorie, solcher als was Einstein gestützt ist, der auf mit seinen zahlreichen und erfolglosen Versuchen einer klassischen vereinigten Feldtheorie gerichtet ist, einfach außer Frage war.

Der dritte Faden in der Entwicklung der Quant-Feldtheorie war das Bedürfnis, die Statistik von Vielpartikel-Systemen durchweg und mit der Bequemlichkeit zu behandeln. 1927 hat der Jordan versucht, den kanonischen quantization von Feldern zu den Vielkörperwelle-Funktionen von identischen Partikeln, ein Verfahren zu erweitern, das manchmal den zweiten quantization genannt wird. 1928 hat der Jordan und Eugene Wigner gefunden, dass das Quant-Feld das Beschreiben von Elektronen oder anderem fermions, mit der antipendelnden Entwicklung und den Vernichtungsmaschinenbedienern wegen des Ausschluss-Grundsatzes von Pauli ausgebreitet werden musste. Dieser Faden der Entwicklung wurde in die Vielkörpertheorie vereinigt und hat stark kondensierte Sache-Physik und Kernphysik beeinflusst.

Trotz seiner frühen Erfolge wurde Quant-Feldtheorie durch mehrere ernste theoretische Schwierigkeiten geplagt. Grundlegende physische Mengen, wie die Selbstenergie des Elektrons, die Energieverschiebung von Elektronstaaten wegen der Anwesenheit des elektromagnetischen Feldes, haben unendliche, auseinander gehende Beiträge — ein sinnloses Ergebnis — wenn geschätzt, mit den perturbative Techniken verfügbar in den 1930er Jahren und die meisten 1940er Jahre gegeben. Das Elektronselbstenergieproblem war bereits ein ernstes Problem in der klassischen elektromagnetischen Feldtheorie, wo der Versuch, dem Elektron eine begrenzte Größe oder Ausmaß (der klassische Elektronradius) geführt sofort nach der Frage dessen zuzuschreiben, welche nichtelektromagnetische Betonungen würden angerufen werden müssen, der vermutlich das Elektron gegen die Ampere-Sekunde-Repulsion seiner begrenzt-großen "Teile" zusammenhalten würde. Die Situation war schrecklich, und hatte bestimmte Eigenschaften, die viele von der "Rayleigh-Jeans-Schwierigkeit" erinnert haben. Was die Situation in den 1940er Jahren so verzweifelt und düster jedoch gemacht hat, war die Tatsache, dass die richtigen Zutaten (die gequantelten an die zweite Stelle Feldgleichungen von Maxwell-Dirac) für die theoretische Beschreibung von aufeinander wirkenden Fotonen und Elektronen gut im Platz waren, und keine Hauptbegriffsänderung analog dem erforderlich war, das durch eine begrenzte und physisch vernünftige Rechnung des Strahlungsverhaltens von heißen Gegenständen gemäß dem Strahlengesetz von Planck nötig gemacht wurde.

Dieses "Abschweifungsproblem" wurde im Fall von der Quant-Elektrodynamik während des Endes der 1940er Jahre und Anfang der 1950er Jahre von Hans Bethe, Tomonaga, Schwinger, Feynman und Dyson durch das als Wiedernormalisierung bekannte Verfahren behoben. Große Fortschritte wurden nach dem Verständnis gemacht, dass die ganze Unendlichkeit in der Quant-Elektrodynamik zu zwei Effekten verbunden ist: die Selbstenergie des Elektrons/Positrons und der Vakuumpolarisation. Wiedernormalisierung betrifft das Geschäft, sehr sorgfältige Aufmerksamkeit gerade zu schenken, was durch, zum Beispiel, die wirklichen Konzepte "Anklage" und "Masse" gemeint wird, weil sie in den reinen, aufeinander nichtwirkenden Feldgleichungen vorkommen. Das "Vakuum" ist selbst polarizable und, folglich, bevölkert durch die virtuelle Partikel (auf der Schale und von der Schale) Paare, und ist folglich ein kochendes und beschäftigtes dynamisches System in seinem eigenen Recht. Das war ein kritischer Schritt im Identifizieren der Quelle "der Unendlichkeit" und "Abschweifungen". Die "bloße Masse" und die "bloße Anklage" einer Partikel, die Werte, die in den Frei-Feldgleichungen erscheinen (Fall aufeinander nichtwirkend), sind Abstraktionen, die einfach im Experiment (in der Wechselwirkung) nicht begriffen werden. Was wir, und folglich messen, was wir mit unseren Gleichungen in Betracht ziehen müssen, und wofür die Lösungen verantwortlich sein müssen, sind die "wiedernormalisierte Masse" und die "wiedernormalisierte Anklage" einer Partikel. Das heißt, werden die "ausgewechselten" oder "angekleideten" Werte, die diese Mengen haben müssen, wenn erwartete Sorge genommen wird, um alle Abweichungen von ihren "bloßen Werten" einzuschließen, durch die wirkliche Natur von Quant-Feldern selbst diktiert.

Die erste Annäherung, die Früchte getragen hat, ist als die "Wechselwirkungsdarstellung" bekannt, (sieh das Bild des Artikels Interaction) Lorentz kovariant und misst Generalisation der zeitabhängigen Unruhe-Theorie-invariant, die in der gewöhnlichen Quant-Mechanik verwendet ist, und von Tomonaga und Schwinger entwickelt ist, frühere Anstrengungen von Dirac, Fock und Podolsky verallgemeinernd. Tomonaga und Schwinger haben ein relativistisch kovariantes Schema erfunden, um Feldumschalter und Feldmaschinenbediener-Zwischenglied zwischen den zwei Hauptdarstellungen eines Quant-Systems, des Schrödingers und der Darstellungen von Heisenberg zu vertreten (sieh den Artikel über die Quant-Mechanik). Innerhalb dieses Schemas können Feldumschalter an getrennten Punkten in Bezug auf "die bloße" Feldentwicklung und Vernichtungsmaschinenbediener bewertet werden. Das berücksichtigt das Nachgehen der Zeitevolution von beiden das "bloße" und "wiedernormalisierte", oder gestört, Werte von Hamiltonian und drückt alles in Bezug auf das verbundene, Maß invariant "bloße" Feldgleichungen aus. Schwinger hat die eleganteste Formulierung dieser Annäherung gegeben. Die folgende und berühmteste Entwicklung ist wegen Feynman, wer mit seinen hervorragenden Regierungen, für einen "Graphen" / "Diagramm" zu den Begriffen in der Streumatrix zuzuteilen (Sieh S-Matrix Feynman Diagramme). Diese haben direkt (durch die Gleichung von Schwinger-Dyson) zu den messbaren physischen Prozessen entsprochen (böse Abteilungen, Wahrscheinlichkeitsumfänge, Zerfall-Breiten und Lebenszeiten von aufgeregten Staaten) man muss im Stande sein zu rechnen. Das hat revolutioniert, wie Quant-Feldtheorie-Berechnungen in der Praxis getragen werden.

Zwei klassische Lehrbücher von den 1960er Jahren, J.D. Bjorken und S.D. Drell, Relativistischer Quant-Mechanik (1964) und J.J. Sakurai, Fortgeschrittene Quant-Mechanik (1967), haben gründlich die Graph-Vergrößerungstechniken von Feynman mit physisch intuitiven und praktischen Methoden entwickelt, die aus dem Ähnlichkeitsgrundsatz folgen, ohne sich über die Fachausdrücke zu sorgen, die am Abstammen der Regeln von Feynman vom Oberbau der Quant-Feldtheorie selbst beteiligt sind. Obwohl sowohl der heuristische als auch bildliche Stil von Feynman, sich mit der Unendlichkeit, sowie den formellen Methoden von Tomonaga und Schwinger zu befassen, äußerst gearbeitet hat so, und eindrucksvoll genaue Antworten, die wahre analytische Natur der Frage von "renormalizability" gegeben hat, d. h. ob EINE als eine "Quant-Feldtheorie formulierte Theorie" begrenzte Antworten geben würde, wurde bis viel später nicht gearbeitet, als die Dringlichkeit des Versuchens, begrenzte Theorien für das starke und electro-schwache (und Gravitationswechselwirkungen) zu formulieren, seine Lösung gefordert hat.

Wiedernormalisierung im Fall davon war QED wegen der Kleinheit der Kopplungskonstante größtenteils zufällig, die Tatsache, dass die Kopplung keine Dimensionen hat, die Masse, die so genannte Feinstruktur unveränderlich, und auch die Nullmasse des Maßes boson beteiligt, das Foton einschließen, hat das small-distance/high-energy Verhalten QED lenksamen gemacht. Außerdem sind elektromagnetische Prozesse im Sinn "sehr sauber", dass sie nicht schlecht unterdrückt/befeuchtet und/oder durch die anderen Maß-Wechselwirkungen verborgen werden. Vor 1958 hat Sidney Drell beobachtet: "Quant-Elektrodynamik hat (QED) einen Status der friedlichen Koexistenz mit seinen Abschweifungen erreicht...".

Die Vereinigung der elektromagnetischen Kraft mit der schwachen Kraft hat sich mit anfänglichen Schwierigkeiten wegen des Mangels an Gaspedal-Energien hoch genug begegnet, um Prozesse außer der Wechselwirkungsreihe von Fermi zu offenbaren. Zusätzlich musste ein befriedigendes theoretisches Verstehen des hadron Unterbaus entwickelt werden, im Quark-Modell kulminierend.

Im Fall von den starken Wechselwirkungen war der Fortschritt bezüglich ihres short-distance/high-energy Verhaltens viel langsamer und enttäuschender. Für starke Wechselwirkungen mit den electro-schwachen Feldern gab es schwierige Probleme bezüglich der Kraft der Kopplung, der Massengeneration der Kraft-Transportunternehmen sowie ihres nichtlinearen, selbst Wechselwirkungen. Obwohl es theoretischen Fortschritt zu einer großartigen vereinigten Quant-Feldtheorie gegeben hat, die die elektromagnetische Kraft, die schwache Kraft und die starke Kraft vereinigt, ist empirische Überprüfung noch hängend. Supervereinigung, die Gravitationskraft vereinigend, ist noch sehr spekulativ, und ist unter der intensiven Untersuchung durch viele der besten Meinungen in der zeitgenössischen theoretischen Physik. Schwerkraft ist eine Tensor-Feldbeschreibung einer Drehung 2 Maß-boson, der "graviton", und wird weiter in den Artikeln über die allgemeine Relativität und den Quant-Ernst besprochen.

Aus dem Gesichtswinkel von den Techniken (der vierdimensionalen) Quant-Feldtheorie, und als die zahlreichen und heroischen Anstrengungen, eine konsequente Quant-Ernst-Theorie durch einige sehr fähige Meinungen zu formulieren, zeugt, Gravitationsquantization war, und, ist der regierende Meister für das schlechte Verhalten still. Es gibt Probleme und Frustrationen, die von der Tatsache stammen, dass die Gravitationskopplungskonstante Dimensionen hat, die umgekehrte Mächte der Masse, und als eine einfache Folge einschließen, wird es dadurch geplagt schlecht hat sich (im Sinne der Unruhe-Theorie) nichtlineare und gewaltsame Selbstwechselwirkungen benommen. Ernst wird grundsätzlich angezogen, der der Reihe nach...... und so weiter angezogen wird, (d. h. Ernst ist selbst eine Quelle des Ernstes...,) so das Schaffen eines Albtraums an allen Ordnungen der Unruhe-Theorie. Außerdem paart sich Ernst zur ganzen Energie ebenso stark laut des Gleichwertigkeitsgrundsatzes, so macht das den Begriff jemals "wirklich abschaltenden", "-von" oder das Trennen, die Gravitationswechselwirkung von anderen Wechselwirkungen schneidend, die zweideutig und seitdem mit der Schwerkraft unmöglich sind, befassen wir uns mit der wirklichen Struktur der Raum-Zeit selbst. (Sieh allgemeine Kovarianz und, für einen bescheidenen, noch hoch nichttriviales und bedeutendes Wechselspiel zwischen (QFT) und Schwerkraft (Raum-Zeit), sieh die Radiation des Artikels Hawking und Verweisungen zitiert darin. Auch Quant-Feldtheorie in der gekrümmten Raum-Zeit).

Dank etwas roher Gewalt, clanky und heuristischer Methoden von Feynman und der eleganten und abstrakten Methoden von Tomonaga/Schwinger, von der Periode der frühen Wiedernormalisierung, haben wir wirklich die moderne Theorie der Quant-Elektrodynamik (QED). Es ist noch die genaueste physische Theorie bekannt, der Prototyp einer erfolgreichen Quant-Feldtheorie. In den 1950er Jahren mit der Arbeit von Yang und Mills, sowie Ryoyu Utiyama, im Anschluss an die vorherige Leitung von Weyl und Pauli beginnend, haben tiefe Erforschungen die Typen von symmetries und invariances illuminiert, den jede Feldtheorie befriedigen muss. QED, und tatsächlich, alle Feldtheorien, wurden zu einer Klasse von als Maß-Theorien bekannten Quant-Feldtheorien verallgemeinert. Quant-Elektrodynamik ist das berühmteste Beispiel dessen, was als eine Maß-Theorie von Abelian bekannt ist. Es verlässt sich auf die Symmetrie-Gruppe U (1) und hat ein Massless-Maß-Feld, der U (1) Maß-Symmetrie, die Form der Wechselwirkungen diktierend, die das elektromagnetische Feld mit dem Foton einschließen, das das Maß boson ist. Das, das symmetries diktieren, beschränkt und macht die Form der Wechselwirkung zwischen Partikeln nötig ist die Essenz der "Maß-Theorie-Revolution". Yang und Mills haben das erste ausführliche Beispiel einer Non-Abelian-Maß-Theorie, Yang-Mühle-Theorie mit einer versuchten Erklärung der starken Wechselwirkungen im Sinn formuliert. Wie man dann (falsch) verstand, wurden die starken Wechselwirkungen Mitte der 1950er Jahre, durch die Pi-Mesonen, die Partikeln vermittelt, die von Hideki Yukawa 1935 vorausgesagt sind, auf seinem tiefen Nachdenken bezüglich der gegenseitigen Verbindung zwischen der Masse jeder Kraft vermittelnden Partikel und der Reihe der Kraft gestützt es vermittelt. Dem wurde durch den Unklarheitsgrundsatz erlaubt. Die 1960er Jahre und die 1970er Jahre haben die Formulierung einer Maß-Theorie gesehen, die jetzt als das Standardmodell der Partikel-Physik bekannt ist, die systematisch die elementaren Partikeln und die Wechselwirkungen zwischen ihnen beschreibt.

Der electroweak Wechselwirkungsteil des Standardmodells wurde von Sheldon Glashow in den Jahren 1958-60 mit seiner Entdeckung des SU (2) xU (1) Gruppenstruktur der Theorie formuliert. Steven Weinberg und Abdus Salam haben hervorragend den Mechanismus von Anderson-Higgs für die Generation der und Z Massen von W (der Zwischenvektor boson (s) verantwortlich für die schwachen Wechselwirkungen und neutralen Ströme) und das Halten der Masse der Foton-Null angerufen. Die Goldstone/Higgs Idee, um Masse in Maß-Theorien zu erzeugen, wurde gegen Ende der 1950er Jahre und Anfang der 1960er Jahre befeuert, als mehrere Theoretiker (einschließlich Yoichiro Nambus, Steven Weinbergs, Jeffrey Goldstones, François Englerts, Robert Brouts, G. S. Guralniks, C. R. Hagens, Tom Kibbles und Philip Warren Andersons) eine vielleicht nützliche Analogie zum (spontanen) Brechen des U (1) Symmetrie des Elektromagnetismus in der Bildung des BCS Boden-Staates eines Supraleiters bemerkt haben. Das Maß boson beteiligt an dieser Situation, dem Foton, benimmt sich, als ob es eine begrenzte Masse erworben hat. Es gibt eine weitere Möglichkeit, dass das physische Vakuum (Boden-Staat) den von "ungebrochenem" electroweak Lagrangian einbezogenen symmetries nicht respektiert (sieh die Wechselwirkung des Artikels Electroweak für mehr Details), von dem in die Feldgleichungen ankommt. Wie man zeigte, war die electroweak Theorie von Weinberg und Salam renormalizable (begrenzt) und folglich konsequent durch Gerardus 't Hooft und Martinus Veltman. Die Glashow-Weinberg-Salam Theorie (GWS-Theorie) ist ein Triumph und in bestimmten Anwendungen, gibt eine Genauigkeit gleichwertig mit der Quant-Elektrodynamik.

Auch während der 1970er Jahre haben parallele Entwicklungen in der Studie von Phase-Übergängen in der kondensierten Sache-Physik Leo Kadanoff, Michael Fisher und Kenneth Wilson geführt (Arbeit von Ernst Stueckelberg, Andre Peterman, Murray Gell-Mann und Francis Low erweiternd), zu einer Reihe von Ideen und als die Wiedernormalisierungsgruppe bekannten Methoden. Indem sie ein besseres physisches Verstehen des Wiedernormalisierungsverfahrens erfunden in den 1940er Jahren zur Verfügung gestellt hat, hat die Wiedernormalisierungsgruppe befeuert, was die "großartige Synthese" der theoretischen Physik genannt worden ist, das Quant-Feld theoretische Techniken vereinigend, die in der Partikel-Physik und kondensierten Sache-Physik in ein einzelnes theoretisches Fachwerk verwendet sind.

Grundsätze der Quant-Feldtheorie

Klassische Felder und Quant-Felder

Quant-Mechanik, in seiner allgemeinsten Formulierung, ist eine Theorie von abstrakten Maschinenbedienern (observables) das Folgen einem abstrakten Zustandraum (Raum von Hilbert), wo die observables physisch erkennbare Mengen vertreten und der Zustandraum die möglichen Staaten des Systems unter der Studie vertritt. Außerdem entspricht jeder erkennbar in einem technischen Sinn zur klassischen Idee von einem Grad der Freiheit. Zum Beispiel sind die grundsätzlichen observables, die mit der Bewegung eines einzelnen Quants mechanische Partikel vereinigt sind, die Position und Schwung-Maschinenbediener und. Gewöhnliche Quant-Mechanik befasst sich mit Systemen wie das, die einen kleinen Satz von Graden der Freiheit besitzen.

(Es ist wichtig, an diesem Punkt zu bemerken, dass dieser Artikel das Wort "Partikel" im Zusammenhang der Dualität der Welle-Partikel nicht verwendet. In der Quant-Feldtheorie ist "Partikel" ein Oberbegriff für jedes getrennte Quant mechanische Entität, wie ein Elektron oder Foton, das sich wie klassische Partikeln oder klassische Wellen unter verschiedenen experimentellen Bedingungen, solch benehmen kann, dass man 'diese "Partikel" sagen konnte, kann sich wie eine Welle oder eine Partikel benehmen'.)

Ein Quant-Feld ist ein Quant mechanisches System, das einen großen, und vielleicht unendlich, Zahl von Graden der Freiheit enthält. Ein klassisches Feld enthält eine Reihe von Graden der Freiheit an jedem Punkt des Raums; zum Beispiel definiert das klassische elektromagnetische Feld zwei Vektoren - das elektrische Feld und das magnetische Feld - der im Prinzip verschiedene Werte für jede Position r übernehmen kann. Wenn das Feld als Ganzes als ein Quant mechanisches System betrachtet wird, bilden seine observables ein Unendliche (tatsächlich unzählbar) Satz, weil r dauernd ist.

Außerdem werden die Grade der Freiheit in einem Quant-Feld in "wiederholten" Sätzen eingeordnet. Zum Beispiel können die Grade der Freiheit in einem elektromagnetischen Feld gemäß der Position r mit genau zwei Vektoren für jeden r gruppiert werden. Bemerken Sie, dass r eine gewöhnliche Zahl ist, "versieht" das den observables "mit einem Inhaltsverzeichnis"; es soll mit dem Positionsmaschinenbediener nicht verwirrt sein, der in der gewöhnlichen Quant-Mechanik gestoßen ist, die ein erkennbarer ist. (So wird gewöhnliche Quant-Mechanik manchmal "nulldimensionale Quant-Feldtheorie" genannt, weil es nur einen einzelnen Satz von observables enthält.)

Es ist auch wichtig zu bemerken, dass es nichts Spezielles über r gibt, weil, wie es sich erweist, es allgemein mehr als eine Weise gibt, die Grade der Freiheit im Feld mit einem Inhaltsverzeichnis zu versehen.

In den folgenden Abteilungen werden wir zeigen, wie diese Ideen verwendet werden können, um ein Quant mechanische Theorie mit den gewünschten Eigenschaften zu bauen. Wir werden beginnen, indem wir Quant-Mechanik der einzelnen Partikel und die verbundene Theorie der Vielpartikel-Quant-Mechanik besprechen werden. Dann, indem wir eine Weise finden werden, die Grade der Freiheit im Vielpartikel-Problem mit einem Inhaltsverzeichnis zu versehen, werden wir ein Quant-Feld bauen und seine Implikationen studieren.

Einzelne Partikel und Vielpartikel-Quant-Mechanik

In der Quant-Mechanik ist die zeitabhängige Gleichung von Schrödinger für eine einzelne Partikel in einer Dimension