QED؛ جواهر علم فیزیک

به گزارش خبرنگار ایمنا، الکترودینامیک کوانتومی یا Quantum Electro Dynamics که تحت عنوان QED نیز شناخته می‌شود، نظریه تعامل میدان‌های الکترومغناطیسی کوانتومی است. براساس این تئوری برهم‌کنش دو میدان الکترومغناطیسی شامل تبادل فوتون است و عملاً QED نخستین نظریه میدان کوانتومی، موفق بود که برای به ثمر رسیدن آن تلاش بسیاری انجام شده است. در حیطه نظریه الکترودینامیک کوانتومی، نه تنها تمام فعل و انفعالات نور با ماده، بلکه برهم‌کنش ذرات باردار با یکدیگر نیز از نظر ریاضی توصیف می‌شود.

نظریه QED نسبیتی است و نظریه نسبیت خاص «آلبرت انیشتین» نیز در هر یک از معادلات آن اعمال شده است. برخی از دقیق‌ترین آزمایشات QED، آزمایش‌هایی است که به خواص ذرات زیر اتمی معروف به میمون می‌پردازد؛ علاوه بر این نشان‌داده شده که گشتاور مغناطیسی این نوع ذرات تا ۹ رقم با نظریه مطابقت دارد. الکترودینامیک کوانتومی، اغلب به دلیل کوچک بودن ثابت ریزساختار و در نتیجه کاهش اندازه مشارکت‌های مرتبه بالاتر، «نظریه اختلال» نیز نامیده می‌شود.

الکترودینامیک کوانتومی بر این ایده استوار است که ذرات بارداری مانند الکترون‌ها و پوزیترون‌ها با انتشار و جذب فوتون‌ها یا ذراتی که نیروهای الکترومغناطیسی را منتقل می‌کند، برهم کنش دارد. در فیزیک ذرات الکترودینامیک کوانتومی نظریه نسبیتی میدان کوانتومی الکترودینامیک است؛ درواقع QED نحوه تعامل نور و ماده را توصیف می‌کند و نخستین نظریه است که در آن توافق کاملی بین مکانیک کوانتومی و نسبیت خاص حاصل می‌شود.

الکترودینامیک کوانتومی به صورت ریاضی تمام پدیده‌های مربوط به ذرات باردار الکتریکی را که با تبادل فوتون‌ها برهم‌کنش می‌کند، توصیف کرده و معادل کوانتومی الکترومغناطیس کلاسیک را ارائه می‌دهد که شرح کاملی از فعل و انفعال ماده و نور ارائه می‌کند.

از نظر فنی الکترودینامیک کوانتومی را می‌توان به عنوان یک نظریه اختلال در خلأ کوانتومی الکترومغناطیسی توصیف کرد و «ریچارد فاینمن» نیز به دلیل پیش‌بینی‌های بسیار دقیق در مورد مقادیری مانند گشتاور مغناطیسی غیرعادی الکترون و تغییر سطح انرژی لامپ هیدروژن، این نظریه را جواهر فیزیک دانسته است. برای بررسی و شناخت بیشتر نظریه الکترودینامیک کوانتومی یا Quantum Electro Dynamics با عرفان تمنده، کارشناس‌ارشد فیزیک پلاسما گفت‌وگویی انجام داده‌ایم که در ادامه می‌خوانید:

الکترودینامیک کوانتومی چیست؟

نظریه الکترودینامیک کوانتومی که تحت عنوان QED (Quantum Electro Dynamics) نیز شناخته می‌شود، ساده‌ترین نظریه است که در طبیعت برای میدان‌های کوانتومی یافت شده و از آن در توصیف و تعریف نیروهای الکترومغناطیسی استفاده می‌شود. نظریه الکترودینامیک کوانتومی، رفتار ذرات را در میدان‌های الکترومغناطیس یا برهم‌کنش آن‌ها را در این میدان بررسی می‌کند.

این نظریه برای رفتار و فعل و انفعال ذرات نیز به صورت ریاضی محاسباتی انجام داده و تمام مسائل مرتبط را به صورت تئوری پوشش می‌دهد. ویژگی اصلی که نظریه الکترودینامیک کوانتومی یا QED دارد، این است که نسبیتی بوده و تمام معادلات نسبیت خاص انیشتین در تمام روابط آن لحاظ شده است؛ این ویژگی باعث شده نظریه QED بسیار مورد توجه شود.

نظریه الکترودینامیک کوانتومی چگونه کشف شد؟

در سال ۱۹۲۸ و هنگامی که Paul Adrien Maurice Dirac اقدام به معرفی معادلات موجی کرد، عملاً مبحث الکترودینامیک کوانتومی را نیز پایه‌ریزی کرد زیرا معادلات موجی وی می‌توانست معادله حرکت و چرخش الکترون‌ها را نیز محاسبه کند. حدود سال ۱۹۴۰ و در ابتدای این دهه دانشمندان و فیزیکدان‌های دیگری نیز پیرامون نظریه الکترودینامیک کوانتومی فعالیت خود را آغاز کردند؛ یکی از دانشمندانی که به صورت مستقل پیرامون نظریه الکترودینامیک کوانتومی و QED تحقیق کرد، «ریچارد فیلیپس فاینمن» بود.

نظریه الکترودینامیک کوانتومی چه چیزی را بررسی می‌کند؟

نظریه الکترودینامیک کوانتومی بر این مسئله تاکید دارد که ذرات بارداری مانند الکترون‌ها و پوزیترون‌ها تنها با استفاده از جذب یا نشر فوتون‌ها که همان ذرات حمل‌کننده امواج الکترومغناطیس است، می‌تواند برهم‌کنش ایجاد کند؛ این تبادل فوتون به دلیل نیروهای فعل و انفعال بین ذرات باردار رخ می‌دهد؛ همچنین نشر یا جذبی که بین فوتون‌ها ایجاد می‌شود نیز می‌تواند به صورت نور یا دیگر اشکال الکترومغناطیسی که برای موج یا ذره وجود دارد، نمایان شود.

نظریه QED چه ویژگی دارد؟

نظریه الکترودینامیک کوانتومی به دلیل ویژگی‌های خاصی که دارد، مورد توجه قرار گرفته است؛ یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های نظریه QED کوچک بودن ثابت ریزساختار آن است که به دلیل همین ویژگی نام اختلال نیز به این نظریه نسبت داده شده است. احتمالاً بیشتر افراد با نظریه اختلال آشنایی دارند و باید گفت که این نظریه دقیقاً همان الکترودینامیک کوانتومی است.

دلیل اهمیت نظریه الکترودینامیک کوانتومی چیست؟

نظریه الکترودینامیک کوانتومی از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا در این نظریه با نحوه تعامل نور و ماده روبه‌رو می‌شویم و عملاً نخستین نظریه‌ای است که به صورت کامل توانسته توافقی بین نظریه نسبیت و کوانتوم ایجاد کند.

نظریه QED را می‌توان یک نظریه اختلال در حالت خلأ کوانتومی الکترومغناطیسی در نظر گرفت که از این نظر نیز اهمیت بسیاری دارد. به‌طورکلی نظریه الکترودینامیک کوانتومی، به قدری مهم است که ریچارد فاینمن به دلیل تأثیراتی که این نظریه در محاسبات دقیق خود برای مبحث گشتاور مغناطیسی یا انرژی نورهایی که برای لامپ‌ها هیدروژنی به‌دست آورده نام جواهر فیزیک را به آن نسبت داد.