Kuantum alanı teorisi
Teorik fizikte, kuantum alan teorisi (QFT) klasik alan teorisi, özel görelilik ve kuantum mekaniğini birleştiren teorik bir çerçevedir: :xi ve atom altı parçacıkların (parçacık fiziğinde) ve kuasipartiküllerin (yoğunlaştırılmış madde fiziğinde) fiziksel modellerini oluşturmak için kullanılır).
QFT partiküllere, bir anlamda temel partiküllerden daha temel olan temel alanlarının uyarılmış durumları (kanta olarak da adlandırılır) olarak davranır. Parçacıklar arasındaki etkileşimler, ilgili alanları içeren Lagrangian'daki etkileşim terimleriyle açıklanmaktadır. Her etkileşim, göreceli pertürbasyon teorisi sürecinde resmi hesaplama araçları olan Feynman diyagramlarıyla görsel olarak gösterilebilir.
Tarihçe
Günümüzde başarılı bir teorik çerçeve olarak, kuantum alanı teorisi, 20. yüzyılın büyük bölümünü kapsayan teorik fizikçilerin bir neslin çalışmasından ortaya çıkmıştır. 1920'lerde, ilk kuantum alanı teorisi - kuantum elektrodinamiği ile sonuçlanan ışık ve elektronlar arasındaki etkileşimlerin açıklamasıyla başladı. Kısa bir süre önce, teorik olarak büyük bir engel, pertürbatif hesaplamalarda çeşitli sonsuzlukların ortaya çıkması ve kalıcılığını izlemiştir, ancak 1950'lerde renormalizasyon prosedürünün icadıyla çözülen bir problemdir. İkinci büyük bir engel, bazı teorisyenlerin saha teorik yaklaşımının terk edilmesini istediği noktaya kadar, zayıf ve güçlü etkileşimleri tarif edememe konusundaki bariz yetersizliği ile geldi. Ayar teorisinin gelişimi ve 1970'lerde Standart Modelin tamamlanması, kuantum alan teorisi rönesansına yol açtı.
Teorik arka plan
Kuantum alanı teorisi, klasik alan teorisi, kuantum mekaniği ve özel görelilik kombinasyonunun sonucudur. : :xi Bu teorik öncülerin kısa bir özeti sıralanmıştır.
En eski başarılı klasik alan teorisi, 1687'deki tez çalışması Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica'daki alan kavramının tam olarak bulunmamasına rağmen, Newton'un evrensel kütle çekim yasasından ortaya çıkan teoridir.
Newton tarafından tanımlandığı gibi yerçekimi kuvveti bir "uzaktaki hareket" tir - uzak nesneler üzerindeki etkileri, mesafe ne olursa olsun anlıktır. Bununla birlikte, Richard Bentley ile mektuplaşan Newton, "cansız kaba maddenin, maddi olmayan, başka bir şeyin arabuluculuğu olmadan, karşılıklı teması olmayan diğer maddeleri etkilemesi ve üzerinde durması beklenemez" olduğunu belirtti. 18. yüzyıla kadar matematikte fizikçiler, alanlara dayanan yerçekiminin uygun bir tanımını keşfettiler - uzaydaki her noktaya tahsis edilen sayısal bir miktar (vektör (matematik ve fizik)) verdiler. Ancak, bu sadece matematiksel bir sayı olarak kabul edildi.
19. yüzyılda elektromanyetizmanın gelişmesiyle birlikte alanlar kendi varlıklarını almaya başladı. Michael Faraday, 1845'te İngilizce "field (alan)" terimini kullandı. Alanları fiziksel açıdan etkileri olan (maddenin olmadığı durumlarda bile) uzayın özellikleri olarak tanıtmıştır. "Uzaktan harekete" karşı olduğunu savundu ve nesneler arasındaki etkileşimlerin boşluk doldurma "kuvvet çizgileri" yoluyla gerçekleştiğini öne sürdü. Bu alan açıklaması bu güne sürdü.
Klasik elektromanyetizma teorisi 1862'de Maxwell'in elektrik alanı, manyetik alan, elektrik akımı ve elektrik yükü arasındaki ilişkiyi tanımlayan denklemleriyle tamamlandı. Maxwell denklemleri, elektriksel ve manyetik alanların bir uzaysal noktadan diğerine sınırlı bir hızda yayıldığı, ışığın hızı olduğu ortaya çıkan bir fenomen olan elektromanyetik dalgaların varlığını ima ediyordu. Bir mesafeye hareket kesin olarak çürütülmüştür.
Klasik elektromanyetizmanın muazzam başarısına rağmen, atomik spektrumlardaki ayrık çizgilerden ve kara dalgaların farklı dalga boylarındaki dağılımını hesaba katmadı. Max Planck'ın kara cisim radyasyonu çalışması kuantum mekaniğinin başlangıcına işaret ediyordu. Elektromanyetik radyasyonu emen ve yayan atomları, enerjilerinin sürekli değerlerden ziyade sadece bir dizi ayrıkta tutabilecekleri kritik özelliğe sahip minik osilatörler olarak ele aldı. Bunlar kuantum harmonik osilatörler olarak bilinir. Enerjileri ayrık değerlerle sınırlama işlemine niceliklendirme denir: Bu düşünceye dayanarak, Albert Einstein 1905'te fotoelektrik etkisi için bir açıklama önerdi, ışığın fotonlar (ışığın kantı) olarak adlandırılan ayrı enerji paketlerinden oluştuğunu açıkladı. Bu, elektromanyetik radyasyonun, klasik elektromanyetik alandaki dalgalar olmasına rağmen, aynı zamanda parçacıklar halinde var olduğunu ima ediyordu.
1913 yılında Niels Bohr, atom yapısındaki elektronların sürekli enerjiden ziyade yalnızca bir dizi ayrık tutabildiği, Bohr atomik yapı modelini tanıttı. Bu, başka bir niceleme örneğidir. Bohr modeli, atomik spektral çizgilerin ayrık yapısını başarıyla açıkladı. 1924'te Louis de Broglie, dalga-parçacık dualitesinin, mikroskobik parçacıkların farklı koşullar altında hem dalga hem de parçacık benzeri özellikler sergilediği hipotezini önermiştir. Bu dağınık fikirleri birleştiren, tutarlı bir disiplin olan kuantum mekaniği, 1925 ve 1926 arasında, de Broglie, Werner Heisenberg, Max Born, Erwin Schrödinger, Paul Dirac ve Wolfgang Pauli'den önemli katkılarla formüle edildi.
Einstein, fotoelektrik etkisi üzerine yazdığı makaleyle aynı yıl, Maxwell'in elektromanyetizması üzerine kurulu özel görelilik teorisini yayınladı. Lorentz dönüşümü adı verilen yeni kurallar, gözlemcinin hızındaki değişimler altında bir olay değişikliğinin zaman ve mekan koordinatlarını verilmiş ve zaman ile mekan arasındaki fark bulanıklaştırılmıştır. Tüm fiziksel yasaların farklı hızlardaki gözlemciler için aynı olması gerektiği, yani Lorentz dönüşümleri altında fiziksel yasaların değişmez olduğu öne sürüldü.
İki zorluk vardı. Gözlemsel olarak, kuantum mekaniğinin altında yatan Schrödinger denklemi, bir elektronun harici bir elektromanyetik alanın etkisi altında yeni bir foton yaydığı atomlardan yayılan radyasyonun salınımını açıklayabilir ancak bir elektronun enerjide kendiliğinden azaldığı ve harici bir elektromanyetik alanın etkisi olmadan bile bir foton kendiliğinden yaydığı spontan emisyonu açıklayamadı. Teorik olarak, Schrödinger denklemi fotonları tanımlayamıyordu ve özel görelilik ilkelerine uymuyordu - zaman lineer operatörlere mekansal koordinatları tanıtırken sıradan bir sayı gibi davranıyor.
Kuantum elektrodinamiği
Kuantum alanı teorisi doğal olarak, elektromanyetik alan 1920'lerden beri bilinen tek klasik alan olduğundan, elektromanyetik etkileşimlerin incelenmesiyle başlamıştır.[1]:1
1925-1926’da Born, Heisenberg ve Pascual Jordan’ın çalışmaları sayesinde, elektromanyetik alanın kuantum harmonik osilatörler kümesi olarak ele alınmasıyla kanonik nicelleştirme yoluyla (madde ile etkileşimi olmayan bir) kuantum teorisi geliştirilmiştir.[1]:1 Bununla birlikte, etkileşimlerin hariç tutulmasıyla, böyle bir teori, gerçek dünya hakkında kantitatif tahminlerde bulunamamıştır.[2]
1927'de onun yeni ufuklar açan makalesinde emisyonun kuantum teorisi ve radyasyonun emilimi, Dirac, serbest elektromanyetik alanı tanımlayan terimlere elektrik akımı yoğunluğu ve elektromanyetik vektör potansiyeli arasında ek bir etkileşim terimi ekleyen bir teori olan kuantum elektrodinamiği (QED) terimini kullandı. Birinci dereceden pertürbasyon teorisini kullanarak, kendiliğinden yayılma fenomenini başarıyla açıkladı. Kuantum mekaniğindeki belirsizlik ilkesine göre, kuantum harmonik osilatörler sabit kalamazlar, ancak sıfır olmayan bir minimum enerjiye sahiptirler ve en düşük enerji durumunda (temel durum) bile her zaman salınımları gerekir. Bu nedenle, mükemmel bir vakumda bile, sıfır nokta enerjisine sahip salınan bir elektromanyetik alan kalır. Vakumdaki elektromanyetik alanların bu kuantum dalgalanması, atomlardaki elektronların kendiliğinden yayınımını "uyarır". Dirac'ın teorisi, radyasyonun atomlar tarafından hem emisyonunu hem de emilimini açıklamada oldukça başarılıydı; ikinci mertebeden bozulma teorisini uygulayarak, fotonların saçılması, rezonans floresansının yanı sıra göreceli olmayan Compton saçılmasının hesabını verebilir. Bununla birlikte, yüksek dereceli pertürbasyon teorisinin uygulanması, hesaplamalardaki problemli sınırsızlıklardan etkilendi.[3]:71
1928'de Dirac, göreceli elektronları tanımlayan bir dalga denklemi yazdı - Dirac denklemi. Aşağıdaki önemli sonuçlara yol açtı: bir elektronun dönüşü 1/2; elektron g faktörü 2'dir; hidrojen atomunun ince yapısı için doğru Sommerfeld formülüne yol açtı; ve göreceli Compton saçılması için Klein-Nishina formülünü türetmek için kullanılabilir. Sonuçlar verimli olmasına rağmen, teori aynı zamanda, atomların kararsız kalmasına neden olacak negatif enerji durumlarının varlığını da ima etti, çünkü radyasyon emisyonu nedeniyle enerji durumlarını her zaman azaltabilirlerdi.[3]:71–72
O zamanki en yaygın görüş, dünyanın iki farklı içerikten oluştuğu idi: madde parçacıkları (elektronlar gibi) ve kuantum alanları (fotonlar gibi). Madde parçacıkların, herhangi bir belirli alan veya hız aralığında her parçacığı bulma olasılıkları ile açıklanan fiziksel durumlarıyla sonsuz olduğu düşünülmüştür. Öte yandan, fotonlar sadece alttaki kantitatif elektromanyetik alanın uyarılmış halleri olarak kabul edildi ve serbestçe oluşturulabilir veya imha edilebilirdi. 1928-1930 yılları arasında Ürdün, Eugene Wigner, Heisenberg, Pauli ve Enrico Fermi, madde parçacıkların kuantum alanların uyarılmış halleri olarak görülebileceğini keşfetti. Fotonlar nicelenmiş elektromanyetik alanın uyarılmış halleri olduğu gibi, her bir parçacık tipi de karşılık gelen kuantum alanına sahipti: bir elektron alanı, bir proton alanı, vs. Yeterli enerji verildiğinde, şimdi madde parçacıkları oluşturmak mümkün olacaktı. Bu düşünceye dayanarak, Fermi 1932'de Fermi'nin etkileşimi olarak bilinen β çürüme için bir açıklama yaptı. Atom çekirdeği kendi başına elektron içermez, ancak çürüme sürecinde, uyarılmış bir atomun ışınımlı β çürümesinde çevresindeki elektromanyetik alandan yaratılan fotonla benzer şekilde çevreleyen elektron alanından bir elektron oluşturulur.[2]:22-23
1929'da Dirac ve diğerleri tarafından farkına varıldı, Dirac denklemi ile ima edilen negatif enerji durumlarının, elektronlarla aynı kütleye sahip olan ancak elektrik yükünün tersi olan parçacıkların varlığını varsayarak ortadan kaldırılabileceği ortaya çıktı. Bu sadece atomların stabilitesini sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda antimadde varlığının ilk önerisiydi. Gerçekten de, pozitronlara ilişkin kanıtlar 1932'de kozmik ışınlarda Carl David Anderson tarafından keşfedildi. Bir fotonun absorbe edilmesi gibi yeterli enerji ile, elektron-pozitron çifti oluşturulabilir; bu işlem çift üretimi; bunun tersine çevrilmesi, imha da bir fotonun yayılmasıyla ortaya çıkabilir. Bu, parçacık numaralarının bir etkileşim sırasında sabitlenmesi gerekmediğini gösterdi. Bununla birlikte, tarihsel olarak, pozitronlar ilk önce yeni bir tür parçacıktan ziyade, sonsuz elektron denizinde “delikler” olarak düşünülmüş ve bu teoriye Dirac delik teorisi olarak atıfta bulunulmuştur.[3]:72[2]:23 QFT doğal olarak formalitelerine antipartikülleri dahil etti.[2]:24
Sonsuzluklar ve renormalizasyon
Robert Oppenheimer, 1930’da, QED’deki yüksek mertebeden pertürbatif hesaplamaların, elektronun kendi enerjisini ve elektronun ve foton alanlarının sıfır noktası enerjisi gibi sonsuz miktarda sonuç verdiğini ve o zamanki hesaplama yöntemlerinin yapamayacağını gösterdi. Son derece yüksek momenta sahip fotonları içeren etkileşimleri doğru şekilde ele almalı. 20 yıl sonrasına kadar bu sonsuzlukları kaldırmak için sistematik bir yaklaşım geliştirilmemiştir.
1934-1938 arasında, göreceli olarak değişmeyen bir QFT formülasyonu oluşturan Ernst Stueckelberg tarafından bir dizi makale yayınlandı. 1947'de Stueckelberg ayrıca bağımsız olarak tam bir yeniden düzenleme prosedürü geliştirdi. Ne yazık ki, bu tür başarılar teorik topluluk tarafından anlaşılmamış ve tanınmamıştır.
Bu sonsuzluklarla karşı karşıya olan John Archibald Wheeler ve Heisenberg, sırasıyla 1937 ve 1943'te, sorunlu QFT'yi S-matris teorisi ile takviye etmeyi önerdi. Mikroskobik etkileşimlerin spesifik detaylarına gözlemlere erişilemediğinden, teori, etkileşimin mikroskobik minutesiyle ilgilenmekten ziyade, etkileşimlerdeki az sayıda gözlemlenebilir (örneğin bir atomun enerjisi) arasındaki ilişkileri tanımlamaya çalışmalıdır. 1945'te Richard Feynman ve Wheeler cesaretle QFT'yi tamamen bırakmayı önerdiler ve parçacık etkileşimlerinin mekanizması olarak uzaktan eylem önerdiler.
1947'de Willis Lamb ve Robert Retherford, aynı zamanda Lamb kayması olarak da adlandırılan hidrojen atomunun 2S1/2 ve 2P1/2 enerji seviyelerindeki dakika farkını ölçtüler. Enerjisi elektron kütlesini aşan fotonların katkısını göz ardı ederek, Hans Bethe Lamb kaymasının sayısal değerini başarıyla tahmin etti. Daha sonra Norman Myles Kroll, Lamb, James Bruce French ve Victor Weisskopf, sonsuzluğun sonlu miktarlarda sonuçlanmak için diğer sonsuzlukları iptal ettiği bir yaklaşım kullanarak bu değeri tekrar doğruladı. Ancak, bu yöntem beceriksiz ve güvenilmezdi ve diğer hesaplamalara genelleştirilemedi.
Atılım, sonsuzluğu ortadan kaldırmak için daha sağlam bir yöntem olan Julian Schwinger, Feynman, Freeman Dyson ve Shinichiro Tomonaga'nın geliştirildiği 1950'lerde ortaya çıktı. Ana fikir, fiziksel anlamı olmayan ilk “yalın” olan parametrelerin (kütle, elektrik yükü vb.) Sonlu ölçülen değerleriyle değiştirilmesidir. Görünüşe göre sonsuz parametreleri iptal etmek için, kişi Lagrangian'a ek, sonsuz, "terimler" eklemek zorundadır. Bu sistematik hesaplama prosedürü renormalizasyon olarak bilinir ve pertürbasyon teorisinde rastgele sıraya uygulanabilir.
Renormalizasyon prosedürünü uygulayarak, elektronun anormal manyetik momentini (elektron g faktörünün 2'den sapması) ve vakum polarizasyonunu açıklamak için hesaplamalar yapıldı. Bu sonuçlar dikkate değer ölçüde deneysel ölçümlerle kararlaştırıldı, böylece “sınırsızlıklara karşı savaşın” sona erdiğini belirttiler.
Aynı zamanda Feynman, kuantum mekaniğinin ve Feynman diyagramlarının yol integral formülasyonunu tanıttı. İkincisi, görsel ve sezgisel olarak düzenlemek ve pertürbatif genişlemede terimlerin hesaplanmasına yardımcı olmak için kullanılabilir. Her diyagram, bir etkileşimin içindeki parçacıkların yolları olarak yorumlanabilir, her bir köşe ve çizgi karşılık gelen bir matematiksel ifadeye sahiptir ve bu ifadelerin ürünü, diyagram tarafından temsil edilen etkileşimin saçılma genişliğini verir.
Renormalization prosedürünün icadı ve Feynman diyagramları, QFT'nin sonunda teorik bir çerçeve olarak ortaya çıktığını gösteriyor.
Renormalizability olamayan
QED'in muazzam başarısı göz önüne alındığında, birçok teorisyene, 1949'dan birkaç yıl sonra, QFT'nin yakında sadece fotonlar, elektronlar ve pozitronlar arasındaki etkileşimi değil, tüm mikroskobik olayların anlaşılmasını sağlayabileceğine inanıyordu. Bu iyimserliğin aksine, QFT neredeyse yirmi yıl süren bir başka depresyon dönemine girdi.
İlk engel, renormalizasyon prosedürünün sınırlı uygulanabilirliği idi. QED'deki pertürbatif hesaplamalarda, sınırsız tüm fiziksel niceliklerin (elektronun kütlesi ve yükü) küçük (sonlu) bir fiziksel niceliklerin yeniden tanımlanmasıyla elimine edilebilir. Dyson, 1949'da, bunun sadece QED'in bir örneği olduğu "renormalize edilebilir teoriler" adı verilen küçük bir teori sınıfı için mümkün olduğunu kanıtladı. Ancak, Fermi'nin zayıf etkileşimin teorisi de dahil olmak üzere çoğu teorisi "renormalize edilemez" dir. Bu teorilerde birinci derecenin ötesindeki herhangi bir tahrif edici hesaplama, sonlu sayıda fiziksel niceliğin yeniden tanımlanmasıyla kaldırılamayan sınırsızlıklara yol açacaktır.
İkinci büyük sorun, pertürbasyon teorisindeki bir seri genişlemeye dayanan Feynman şeması yönteminin sınırlı geçerliliğinden kaynaklanmaktadır. Serilerin yakınsaması ve düşük dereceli hesaplamaların iyi bir yaklaşım olması için serinin genişletildiği birleştirme sabitinin yeterince küçük bir sayı olması gerekir. QED'deki kuplaj sabiti, en basit, en düşük dereceli Feynman diyagramlarının gerçekçi hesaplamalarda göz önüne alınması gereken kadar küçük olan ince yapı sabiti α ≈ 1/137'dir. Buna karşılık, güçlü etkileşimdeki bağlanma sabiti, kabaca bir düzendedir, karmaşık, daha üst düzey hale gelir, Feynman diyagramları basit olanlar kadar önemlidir. Dolayısıyla, pertürbatif QFT yöntemleri kullanarak güçlü etkileşim için güvenilir kantitatif tahminler elde etmenin bir yolu yoktu.
Bu zorlukların artmasıyla birlikte birçok teorisyen QFT'den ayrılmaya başladı. Bazıları simetri prensipleri ve koruma yasalarına odaklanırken, diğerleri Wheeler ve Heisenberg'in eski S-matris teorisini seçti. QFT, sezgisel olarak rehber ilkeler olarak kullanılmıştır, ancak nicel hesaplamalar için bir temel olarak kullanılmamıştır.
Standart Model
1954 yılında, Yang Chen-Ning ve Robert Mills, daha karmaşık yerel simetri gruplarına dayanan Abelian olmayan gösterge teorilerine (Yang-Mills teorileri olarak da bilinir) yol açan QED'in yerel simetrisini genelleştirdi. QED'de (elektriksel olarak) yüklü parçacıklar, fotonların değişimi yoluyla etkileşime girerken, Abelian olmayan gösterge teorisinde, yeni bir tip "yük" taşıyan parçacıklar, kütlesiz ayar bozonunlarının değişimi yoluyla etkileşime girer. Fotonların aksine, bu ayar bozonları kendileri yük taşırlar.
Sheldon Glashow, 1960 yılında elektromanyetik ve zayıf etkileşimleri birleştiren bir Abelian olmayan gösterge teorisi geliştirdi. 1964 yılında Abdul Salam ve John Clive Ward aynı teoriye farklı bir yoldan geldi. Bununla birlikte, bu teori renormalize edilemezdi.
Peter Higgs, Robert Brout ve François Englert, 1964 yılında Yang-Mills teorilerindeki ayar simetrisinin, başlangıçta kütlesiz ayar bozonlarının kütle kazanabileceği spontan simetri kırma adı verilen bir mekanizma ile kırılabileceğini önerdi.
Glashow, Salam ve Ward'ın önceki teorisini kendiliğinden simetri kırma fikri ile birleştirerek, Steven Weinberg 1967'de tüm leptonlar arasındaki elektrozayıf etkileşimlerini ve Higgs bozonunun etkilerini açıklayan bir teori yazdı.Teorisi ilk başta, 1971'de Gerard'ın Hooft'un Abelian olmayan ölçü teorilerinin yeniden tanımlanabilir nitelikte olduğuna dair kanıtı ile tekrar ortaya çıkana kadar göz ardı edildi. Weinberg ve Salam'ın elektrozayıf teorisi, 1970 yılında Glashow, John Iliopoulos ve Luciano Maiani tarafından leptonlardan kuarklara genişletildi.
Harald Fritzsch, Murray Gell-Mann ve Heinrich Leutwyler, 1971'de güçlü etkileşimi içeren belirli olayların Abelian olmayan ayar teorisi ile de açıklanabileceğini keşfetti. Kuantum kromodinamiği (QCD) doğdu. 1973 yılında, David Gross, Frank Wilczek ve Hugh David Politzer, Abelian olmayan gösterge teorilerinin "asimptotik olarak serbest" olduğunu gösterdi; bu, renormalizasyon altında, güçlü etkileşimin eşleşme sabitinin, etkileşim enerjisi arttıkça azaldığını gösteriyor. (Benzer keşifler daha önce birçok kez yapıldı, ancak büyük ölçüde göz ardı edildiler.) Bu nedenle, en azından yüksek enerjili etkileşimlerde, QCD'deki birleştirme sabiti, pertürbatif bir seri genişlemeyi garanti etmek için yeterince küçük hale gelmekte ve bu da güçlü etkileşim için kantitatif tahminler yapılmasını mümkün kılmaktadır.
Bu teorik atılımlar, QFT’de bir rönesans yarattı. elektrozayıf teorisi ve kromodinamiği içeren tam teori bugün temel parçacıkların Standart Modeli olarak anılmaktadır. Standart Model, yerçekimi dışındaki tüm temel etkileşimleri başarıyla açıklar ve birçok öngörüsü daha sonraki yıllarda dikkat çekici deneysel onaylarla karşılanmıştır. Kendiliğinden simetri kırılma mekanizmasının merkezinde yer alan Higgs bozonu, 2012'de CERN'de tespit edildi ve Standart Modelin tüm bileşenlerinin varlığının tam doğrulandığını gösterdi.
Diğer gelişmeler
1970'ler, Abelian-olmayan gösterge teorilerinde pertürbatif olmayan yöntemlerin gelişimini gördü. 'T Hooft-Polyakov manyetik monopol Hooft ve Alexander Polyakov, Holger Bech Nielsen ve Poul Olesen tarafından akı tüpleri, Polyakov ve diğerleri tarafından yapılan instantonlar tarafından keşfedildi. Bu nesnelere pertürbasyon teorisi ile erişilemez.
Aynı dönemde süpersimetri de ortaya çıktı. Dört boyutlu ilk süpersimetrik QFT, 1970 yılında Yuri Golfand ve Evgeny Likhtman tarafından yapıldı, ancak sonuçları Demir Perde nedeniyle geniş ilgi görmedi. Süpersimetri, teorik toplulukta ancak 1973'teki Julius Wess ve Bruno Zumino'nun çalışmalarından sonra başladı.
Dört temel etkileşim arasında, yerçekimi, tutarlı bir QFT tanımından yoksun kalan tek şey olmaya devam ediyor. Kuantum gravite teorisindeki çeşitli girişimler, kendisi de konformal simetriye sahip iki boyutlu bir QFT türü olan sicim teorisinin gelişmesine yol açtı. Joël Scherk ve John Schwarz ilk olarak 1974'te sicim teorisinin kuantum çekim teorisi olabileceğini öne sürdüler.
Yoğun madde fiziği
Kuantum alan teorisi, temel parçacıklar arasındaki etkileşimler çalışmasından ortaya çıkmasına rağmen, diğer fiziksel sistemlere, özellikle yoğunlaştırılmış madde fiziğindeki birçok kalıp sistemlerine başarıyla uygulanmıştır.
Tarihsel olarak, Higgs'in spontan simetri parçalama mekanizması, Yoichiro Nambu'nun süperiletken teorisini temel parçacıklara uygulamasının bir sonucudur, renormalizasyon kavramı ise maddenin ikinci dereceden faz geçişleri çalışmasından ortaya çıkmıştı.
Fotonların kullanılmasından kısa bir süre sonra, Einstein bir kristalde titreşimler üzerinde nicelleştirme prosedürünü uyguladı ve ilk kuasipartikül - fononlara yol açtı. Lev Landau, birçok yoğunlaşmış madde sistemindeki düşük enerjili uyarılmaların, bir dizi kuasipartikül arasındaki etkileşimler olarak tanımlanabileceğini iddia etti. QFT'nin Feynman şeması yöntemi, yoğunlaşmış madde sistemlerinde çeşitli olayların analizine doğal olarak uygundur.
Ayar teorisi, süper iletkenlerde manyetik akı miktarını, kuantum Hall etkisindeki özdirenci ve AC Josephson etkisindeki frekans ve voltaj arasındaki ilişkiyi tanımlamak için kullanılır.
Prensipler
Basit olması için, azaltılmış Planck sabiti ħ ve ışık hızının c her ikisinin de ayarlandığı aşağıdaki bölümlerde doğal birimler kullanılır.
Klasik alanlar
Kaynak
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Shifman, M. (2012). Kuantum Alanı Teorisinde İleri Konular. Cambridge Üniversitesi Basını. ISBN 978-0-521-19084-8.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Weinberg, Steven (1977). "Birlik Arayışı: Kuantum Alan Teorisi Tarihi Notları". Daedalus. 106 (4): 17–35. JSTOR 20024506.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Weisskopf, Victor (November 1981). "Alan teorisinin son 50 yıldaki gelişimi". Physics Today. 34 (11): 69–85. Bibcode:1981PhT....34k..69W. doi:10.1063/1.2914365.