Électrodynamique quantique

Image manquante
GonioX.jpg



Articles de
science physique quantique
Théorie quantique
Électrodynamique quantique
Mécanique quantique
Théorie des champs
Modèle standard
Statistique quantique
Statistique de Bose-Einstein
Statistique de Fermi-Dirac
Statistique de Boltzmann
Auteurs
Bohr ─ de Broglie
Bose ─ Einstein
Fermi ─ Dirac
Heisenberg ─ Pauli
Schrödinger ─ Feynman
Expériences
Formulaire


L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier l'électromagnétisme avec la mécanique quantique en utilisant un formalisme Lagrangien relativiste.

Les charges électriques interagissent par échange de photons.
Sommaire
1 Description
2 La renormalisation
3 Le Lagrangien de l'interaction
4 Voir aussi
5 Références

Description

L'électrodynamique quantique est une théorie quantique des champs de l'électromagnétisme. Elle décrit l'interaction électromagnétique des particules chargées et a été appelée « le bijou de la physique » pour ses prédictions extraordinairement précises dans la détermination théorique de quantités (mesurées par ailleurs) telles que le moment magnétique du muon, ou encore le décalage de Lamb des niveaux d'énergie de l'hydrogène.

Mathématiquement, cette théorie a la structure d'un groupe abélien avec un groupe de jauge U(1). Le champ de jauge qui intervient dans l'interaction entre deux charges représentées par des champs de spin 1/2 est le champ électromagnétique.

Physiquement, cela se traduit en disant que les particules chargées interagissent par l'échange de photons.


L'électrodynamique quantique fut la première théorie quantique des champs dans laquelle les difficultés pour élaborer un formalisme purement quantique permettant la création et l'annihilation de particules ont été résolus de façon satisfaisante.

Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger and Richard Feynman ont reçu en 1965 le prix Nobel de physique pour leur contribution à cette théorie en particulier par la mise au point du calcul des quantités observables en utilisant la covariance et l'invariance de jauge.

La renormalisation

La procédure de renormalisation pour s'affranchir de quantités infini indésirables rencontrées en théorie quantique des champs a trouvé en l'électrodynamique quantique sa première réussite

Le Lagrangien de l'interaction

Le lagrangien relativiste de l'interaction électrons positrons par l'échange de photons est:

\mathcal{L}=\bar\psi(i\gamma_\mu D^\mu-m)\psi -\frac{1}{4}F_{\mu\nu}F^{\mu\nu}

\ \psi et \bar\psi sont les champs représentant des particules chargées électriquement, les électrons et positrons sont représentés par des champs de Dirac.

γμ sont les matrices de Pauli

D_\mu = \partial_\mu+ieA_\mu \,\! est la dérivée covariante de jauge, 

avec \ e la constante de couplage (égale à la  charge élémentaire),

\ A_\mu est le quadrivecteur potentiel de l'électromagnétisme

et F_{\mu\nu} = \partial_\mu A_\nu - \partial_\nu A_\mu \,\! est le tenseur électromagnétique apparaissant en relativité restreinte.

Cette part du lagrangien décrit la propagation libre du champ électromagnétique, tandis que la partie ressemblant à l'équation de Dirac décrit l'évolution de l'électron et du positron dans leur interaction par l'intermédiaire du quadrivecteur potentiel.

Voir aussi

Références

See also: Électrodynamique quantique, 1965, Albert Einstein, Champ électromagnétique, Charge électrique, Charge élémentaire, Dirac, Enrico Fermi, Erwin Schrödinger