Teori medan kuantum

Teori medan kuantum (QFT) ialah penggunaan mekanik kuantum pada medan-medan. Teori ini membekalkan rangka kerja secara teori yang banyak digunakan dalam fizik zarah dan fizik jirim termeluwap untuk merumuskan teori-teori kuantum bagi sistem-sistem berbilang zarah, khususnya dalam keadaan-keadaan yang mana zarah-zarah dicipta dan dimusnahkan.

Teori-teori medan kuantum bukan kerelatifan diperlukan untuk fizik jirim termeluwap, umpamanya untuk teori BCS bagi kesuperkonduksian. Sebaliknya, teori-teori medan kuantum kerelatifan amat diperlukan oleh fizik zarah (sila lihat model piawai), walaupun teori-teori ini diketahui termuncul sebagai teori-teori medan berkesan dalam fizik jirim termeluwap.

Asal-usul

Teori medan kuantum berasal daripada masalah untuk mengira tenaga yang disinarkan oleh sebiji atom ketika atom itu jatuh daripada satu keadaan kuantum kepada satu keadaan yang mempunyai paras tenaga yang lebih rendah. Pada tahun 1925, Max Born dan Pascual Jordan mengkaji masalah ini dan bersama-sama dengan Werner Heisenberg pada tahun 1926, mereka membentuk teori kuantum untuk medan elektromagnet yang tidak mengambil kira pengutuban dan sumber-sumber. Teori mereka kini digelarkan teori medan bebas.

Untuk mempergunakan teori kuantum pada teori mereka ini, ketiga-tiga mereka itu menggunakan kaedah pengkuantuman berkanun. Pada tahun 1927, Paul Dirac memberikan pengolahan yang tekal untuk masalah ini buat pertama kali. Secara tidak dapat dielakkan, teori medan kuantum berasaskan pengolahan kuantum tunggal yang diketahui tentang medan klasik, iaitu medan elektromagnet. Teori ini diperlukan disebabkan keperluan untuk mengolahkan satu keadaan di mana bilangan zarah berubah, iaitu apabila sebiji atom akhirnya menjadi sebiji atom dan sebiji foton.

Pada peringkat awal-awal lagi, adalah nyata bahawa pengolahan kuantum bagi medan elektromagnet membabitkan kerelatifan. Pada tahun 1928, Jordan dan Wolfgang Pauli menunjukkan bahawa penukar-penukar tertib medan sebenarnya adalah tak varian Lorentz. Menjelang tahun 1933, Niels Bohr dan Leon Rosenfeld telah mengaitkan hubungan-hubungan penukar tertib ini kepada had kebolehan untuk mengukur medan-medan pada pemisahan serupa ruang. Perkembangan persamaan Dirac dan teori lohong mendorong teori medan kuantum untuk menerangkan kedua-dua ini dengan menggunakan idea-idea kebersebaban daripada kerelatifan. Usaha ini disiapkan oleh Wendell Furry dan Robert Oppenheimer dengan menggunakan kaedah-kaedah yang dikembangkan oleh Vladimir Fock semata-mata untuk tujuan ini. Keperluan ini untuk mencantumkan kerelatifan dengan mekanik kuantum merupakan unsur kedua yang mendorong perkembangan teori medan kuantum. Pertalian ini adalah penting untuk perkembangan kedua-dua fizik zarah dan teori daya-daya berpadu (separa) moden yang kini digelarkan model piawai.

Pada tahun 1927, Jordan mencuba memperluas pengkuantuman berkanun medan-medan untuk merangkumi fungsi gelombang yang muncul dalam mekanik kuantum zarah. Oleh itu, kaedahnya diberikan nama padanan, pengkuantuman kedua. Pada tahun 1928, Jordan dan Eugene Wigner mendapati bahawa prinsip eksklusi Pauli memerlukan medan elektron dikembangkan dengan menggunakan pengoperasi ciptaan dan operator pemusnahhabisan anti ulang-alik. Ini merupakan unsur ketiga dalam perkembangan teori medan kuantum — keperluan untuk menangani statistik bagi sistem-sistem berbilang zarah dengan tekal dan mudah. Unsur perkembangan ini telah digabungkan dengan teori banyak jasad, dan amat mempengaruhi fizik jirim termeluwap dan fizik nuklear.

Lihat juga

• Daftar teori medan kuantum
• Daya Abraham-Lorentz
• Elektrodinamik kuantum
• Kamiran lintasan Feynman
• Kromodinamik kuantum
• Pengutuban foton
• Perkaitan antara teori string dan teori medan kuantum
• Persamaan Schwinger-Dyson

Bacaan tambahan

• Wilczek, Frank (1999). Quantum Field Theory, Review of Modern Physics 71, S85-S95 – rencana ulasan yang ditulis oleh Nobel laureate 2003 Diarkibkan 2008-07-09 di Wayback Machine, pakar Q.C.D. (teks lengkap)
• Ryder, Lewis H. (1985). Quantum Field Theory . Percetakan Universiti Cambridge. ISBN 0-521-33859-X — buku teks yang amat mudah dibaca dan pastinya merupakan pengenalan terbaik untuk Q.F.T. kerelatifan bagi fizik zarah.
• Zee, Anthony (2003). Quantum Field Theory in a Nutshell. Percetakan Universiti Princeton. ISBN 0-691-01019-6.
• Peskin, M dan Schroeder, D. (1995). An Introduction to Quantum Field Theory. Percetakan Westview. ISBN 0201503972
• Weinberg, Steven. The Quantum Theory of Fields (3 jilid). Percetakan Universiti Cambridge (1995) – buku agung mengenai Q.F.T. yang ditulis oleh Nobel laureate 1979, pakar yang terutamanya.
• Loudon, Rodney (1983). The Quantum Theory of Light. Percetakan Universiti Oxford. ISBN 0198511558
• D.A. Bromley (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 3540676724.
• Gordon L. Kane (1987). Modern Elementary Particle Physics. Buku-buku Perseus. ISBN 0201117495.

Pautan luar

• Siegel, Warren. Medan-medan – juga didapati dalam talian
• 't Hooft, Gerard. The Conceptual Basis of Quantum Field Theory, Handbook of the Philosophy of Science, Elsevier (akan diterbitkan). Rencana ulasan ditulis oleh Nobel laureate 1999, pakar teori tolok (teks pdf lengkap).
• Srednicki, Mark. Teori Medan Kuantum Diarkibkan 2006-09-14 di Wayback Machine
• Kuhlmann, Meinard. Ensiklopedia Falsafah Standford: Teori Medan Kuantum

Teori medan kuantum

Anomali - Fungsi pemetakan - Gambaran keseluruhan QFT - Hasil pemeluwapan - Keadaan vakum - Pemecahan simetri spontan - Pengkuantuman - Penormalan semula - Teori tolok - Teori medan

Sesetengah model: Model piawai - Elektrodinamik kuantum - Kromodinamik kuantum

Topik-topik berkait: Mekanik kuantum - Simetri Poincare