Kvanttikenttäteoria

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Kvanttikenttäteoria (Quantum field theory eli QFT) on kenttiä käsittelevä kvanttiteoria. Sitä käytetään laajalti hiukkasfysiikassa ja se on keskeinen hiukkasfysiikan standardimallin työkalu.

Ei-relativistisia kvanttikenttäteorioita käytetään esimerkiksi tiiviin aineen fysiikassa suprajohtavuuden BCS-teoriassa. Relativistisia kvanttikenttäteorioita taas käytetään hiukkasfysiikan standardimallissa.

Kvanttimekaniikassa klassisen mekaniikan suureet (kuten paikkakoordinaatit ja liikemäärät) muutetaan operaattoreiksi. Varsinainen aine kuvataan hiukkasina ja vuorovaikutukset klassisina kenttinä (kuten sähkökenttä). Kvanttikenttäteoriassa kvanttimekaniikan aaltoyhtälöiden (kuten Diracin yhtälö) ja klassisten kenttäyhtälöiden (kuten sähkömagnetismia kuvaavat Maxwellin yhtälöt) ratkaisut muutetaan operaattoreiksi. Kenttäoperaattorit esitetään luomis- ja hävittämisoperaattoreiden avulla. Luomisoperaattori luo tilaan yhden hiukkasen lisää ja hävittämisoperaattori vähentää siitä yhden hiukkasen.

Kvanttikenttäteorioiden rakentamisessa on kaksi yleisesti käytettyä tapaa. Niin sanottu kanoninen formalismi pohjautuu Hamiltonin mekaniikkaan. Hamiltonin formalismia mukaillen kullekin kentälle määritellään kanonisesti konjugoitu impulssi(kenttä). Kvanttimekaniikan kommutaattorisääntöjen oletetaan sitten olevan voimassa myös kenttäoperaattoreille. Polkuintegraaliformalismissa lähdetään puolestaan Lagrangen mekaniikan pohjalta. Alkutilan ja lopputilan välinen todennäköisyysamplitudi esitetään kompleksisena polkuintegraalina. Kunkin polun painoarvo (kompleksiluvun pituus) on sama, mutta vaiheen (argumentin) määrää polun klassinen vaikutus (Lagrangen funktion aikaintegraali).

Oikea tapa muodostaa jonkin teorian kvanttikenttäteoreettinen vastine ei ole yleensä etukäteen selvää, vaan saadun teorian tuloksia tulee verrata kokeisiin. Toistaiseksi on löydetty toimivat teoriat sähkömagnetismille, heikoille ja vahvoille vuorovaikutuksille. Gravitaatiolle toimivaa kvanttikenttäteoriaa ei ole löydetty.

Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.