Eletrodinâmica quântica (QED), teoria quântica de campos das interações de partículas carregadas com o campo eletromagnético. Descreve matematicamente não apenas todas as interações da luz com a matéria, mas também as partículas carregadas entre si. O QED é uma teoria relativística, na qual a teoria da relatividade especial de Albert Einstein é construída em cada uma de suas equações. Como o comportamento de átomos e moléculas é principalmente de natureza eletromagnética, toda a física atômica pode ser considerada um laboratório de testes para a teoria. Alguns dos testes mais precisos do QED foram experimentos que tratam das propriedades das partículas subatômicas conhecidas como múons. O momento magnético desse tipo de partícula demonstrou concordar com a teoria em nove dígitos significativos. A concordância de tão alta precisão faz do QED uma das teorias físicas de maior sucesso até agora criadas.
radiação eletromagnética: Eletrodinâmica quântica
Entre os fenômenos mais convincentes que demonstram a natureza quântica da luz estão os seguintes. À medida que a intensidade da luz diminui
Em 1928, o físico inglês PAM Dirac lançou as bases para o QED com a descoberta de uma equação de onda que descrevia o movimento e o spin de elétrons e incorporava a mecânica quântica e a teoria da relatividade especial. A teoria QED foi refinada e totalmente desenvolvida no final da década de 1940 por Richard P. Feynman, Julian S. Schwinger e Tomonaga Shin'ichirō, independentemente um do outro. O QED baseia-se na ideia de que partículas carregadas (por exemplo, elétrons e pósitrons) interagem emitindo e absorvendo fótons, as partículas que transmitem forças eletromagnéticas. Esses fótons são "virtuais"; isto é, eles não podem ser vistos ou detectados de forma alguma porque sua existência viola a conservação de energia e momento. A troca de fótons é meramente a "força" da interação, porque as partículas em interação mudam sua velocidade e direção de viagem à medida que liberam ou absorvem a energia de um fóton. Os fótons também podem ser emitidos em um estado livre; nesse caso, eles podem ser observados como luz ou outras formas de radiação eletromagnética.
A interação de duas partículas carregadas ocorre em uma série de processos de crescente complexidade. No mais simples, apenas um fóton virtual está envolvido; em um processo de segunda ordem, existem dois; e assim por diante. Os processos correspondem a todas as formas possíveis pelas quais as partículas podem interagir pela troca de fótons virtuais, e cada uma delas pode ser representada graficamente por meio dos chamados diagramas de Feynman. Além de fornecer uma imagem intuitiva do processo que está sendo considerado, esse tipo de diagrama prescreve precisamente como calcular a variável envolvida. Cada processo subatômico se torna computacionalmente mais difícil que o anterior, e há um número infinito de processos. A teoria QED, no entanto, afirma que quanto mais complexo o processo - ou seja, maior o número de fótons virtuais trocados no processo - menor a probabilidade de sua ocorrência. Para cada nível de complexidade, a contribuição do processo diminui até um valor dado por α 2 -onde α é uma quantidade adimensional chamada de constante de estrutura fina, com um valor numérico igual a (1 / 137). Assim, após alguns níveis, a contribuição é insignificante. De uma maneira mais fundamental, o fator α serve como uma medida da força da interação eletromagnética. É igual e 2 / 4πε o [Planck] c, onde e é a carga do elétron, [Planck] é constante de Planck dividida por 2π, c é a velocidade da luz, e ε o é a permissividade do espaço livre.
O QED é freqüentemente chamado de teoria da perturbação devido à pequenez da constante de estrutura fina e ao tamanho decrescente resultante de contribuições de ordem superior. Essa relativa simplicidade e o sucesso do QED fizeram dele um modelo para outras teorias quânticas de campo. Finalmente, a imagem das interações eletromagnéticas como a troca de partículas virtuais foi transferida para as teorias das outras interações fundamentais da matéria, a força forte, a força fraca e a força gravitacional. Veja também teoria dos medidores.
