क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (QED), विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ चार्ज कणों की बातचीत के क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत। यह गणितीय रूप से न केवल पदार्थ के साथ प्रकाश के सभी इंटरैक्शन का वर्णन करता है, बल्कि एक दूसरे के साथ चार्ज कणों के भी हैं। क्यूईडी एक सापेक्षवादी सिद्धांत है जिसमें अल्बर्ट आइंस्टीन के विशेष सापेक्षता के सिद्धांत को इसके प्रत्येक समीकरण में बनाया गया है। क्योंकि परमाणुओं और अणुओं का व्यवहार मुख्य रूप से प्रकृति में विद्युत चुम्बकीय है, परमाणु भौतिकी के सभी को सिद्धांत के लिए एक परीक्षण प्रयोगशाला माना जा सकता है। क्यूईडी के सबसे सटीक परीक्षणों में से कुछ ऐसे प्रयोग हैं जो कि उप-परमाणु कणों के गुणों से संबंधित हैं जिन्हें म्यूऑन के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार के कण के चुंबकीय क्षण को सिद्धांत के साथ नौ महत्वपूर्ण अंकों से सहमत दिखाया गया है। इस तरह की उच्च सटीकता का समझौता QED को अब तक के सबसे सफल भौतिक सिद्धांतों में से एक बनाता है।
विद्युत चुम्बकीय विकिरण: क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स
प्रकाश की क्वांटम प्रकृति को प्रदर्शित करने वाली सबसे ठोस घटनाएं निम्नलिखित हैं। जैसे कि प्रकाश की तीव्रता मंद होती है
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1928 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी PAM Dirac ने तरंग समीकरण की अपनी खोज के साथ QED के लिए नींव रखी जिसने इलेक्ट्रॉनों की गति और स्पिन का वर्णन किया और क्वांटम यांत्रिकी और विशेष सापेक्षता के सिद्धांत दोनों को शामिल किया। QED सिद्धांत को परिष्कृत किया गया था और 1940 के दशक के अंत में रिचर्ड पी। फेनमैन, जूलियन एस। शिंगर, और टॉमोनगा शिनिचेरो द्वारा एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से विकसित किया गया था। QED इस विचार पर टिकी हुई है कि आवेशित कण (जैसे, इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन) फोटॉन उत्सर्जित और अवशोषित करके बातचीत करते हैं, वे कण जो विद्युत चुम्बकीय बलों को संचारित करते हैं। ये फोटॉन "वर्चुअल" हैं; अर्थात्, उन्हें किसी भी तरह से देखा या पहचाना नहीं जा सकता क्योंकि उनका अस्तित्व ऊर्जा और संवेग के संरक्षण का उल्लंघन करता है। फोटॉन एक्सचेंज इंटरेक्शन का केवल "बल" है, क्योंकि बातचीत करने वाले कण अपनी गति और यात्रा की दिशा को बदलते हैं क्योंकि वे फोटॉन की ऊर्जा को छोड़ते हैं या अवशोषित करते हैं। फोटॉन को एक मुक्त अवस्था में भी उत्सर्जित किया जा सकता है, इस स्थिति में उन्हें प्रकाश या विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अन्य रूपों के रूप में देखा जा सकता है।
दो आरोपित कणों की परस्पर क्रिया बढ़ती जटिलता की प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला में होती है। सबसे सरल में, केवल एक आभासी फोटॉन शामिल है; एक दूसरे क्रम की प्रक्रिया में, दो होते हैं; इत्यादि। प्रक्रियाएं उन सभी संभावित तरीकों से मेल खाती हैं जिनमें कण आभासी फोटॉनों के आदान-प्रदान द्वारा बातचीत कर सकते हैं, और उनमें से प्रत्येक को तथाकथित फेनमैन आरेखों के माध्यम से रेखांकन द्वारा दर्शाया जा सकता है। विचार की जा रही प्रक्रिया की एक सहज तस्वीर प्रस्तुत करने के अलावा, इस प्रकार के आरेख सटीक रूप से शामिल चर की गणना करने का तरीका बताते हैं। प्रत्येक उप-परमाणु प्रक्रिया कम्प्यूटेशनल रूप से पिछले एक की तुलना में अधिक कठिन हो जाती है, और अनंत संख्या में प्रक्रियाएं होती हैं। QED सिद्धांत, हालांकि, यह बताता है कि प्रक्रिया जितनी अधिक जटिल है - अर्थात, इस प्रक्रिया में आभासी फोटॉनों की संख्या जितनी अधिक होगी - इसकी घटना की संभावना उतनी ही कम होगी। जटिलता के प्रत्येक स्तर के लिए, प्रक्रिया के योगदान α द्वारा दिए गए एक राशि से कम हो जाती है 2 एक संख्यात्मक मान के साथ -where α एक आयामरहित मात्रा ठीक संरचना लगातार कहा जाता है, (के बराबर 1 / 137)। इस प्रकार, कुछ स्तरों के बाद योगदान नगण्य है। एक अधिक मौलिक तरीके से कारक α विद्युत चुम्बकीय बातचीत की ताकत के उपाय के रूप में कार्य करता है। यह e 2 / 4πε o [प्लैंक] c के बराबर होता है, जहाँ e इलेक्ट्रान आवेश होता है, [प्लैंक] प्लैंक स्थिरांक 2 constant से विभाजित होता है, c प्रकाश की गति है, और is o, मुक्त स्थान की पारगम्यता है।
QED को अक्सर संरचना-संरचना के छोटे होने और उच्च-क्रम योगदान के परिणामी घटते आकार के कारण एक गड़बड़ी सिद्धांत कहा जाता है। इस सापेक्ष सादगी और QED की सफलता ने इसे अन्य क्वांटम क्षेत्र सिद्धांतों के लिए एक मॉडल बना दिया है। अंत में, आभासी कणों के आदान-प्रदान के रूप में विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं की तस्वीर को पदार्थ की अन्य मूलभूत अंतःक्रियाओं, मजबूत बल, कमजोर बल और गुरुत्वाकर्षण बल के सिद्धांतों पर ले जाया गया है। गेज सिद्धांत भी देखें।
