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Électrodynamique quantique

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L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne...) ayant pour but de concilier l'électromagnétisme avec la mécanique quantique en utilisant un formalisme Lagrangien (Le lagrangien d'un système dynamique, dont le nom vient de Joseph Louis Lagrange, est une fonction des variables dynamiques qui décrit de manière concise les équations du mouvement...) relativiste.

Les charges électriques interagissent par échange de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...).

Description

L'électrodynamique quantique est une théorie quantique des champs de l'électromagnétisme. Elle décrit l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) 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 (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à deux particules élémentaires de charge positive et...), 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 ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par exemple : La jauge de contrainte, traduisant un effort...) U(1). Le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de jauge qui intervient dans l'interaction entre deux charges représentées par des champs de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge...) 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, Richard Feynman et Freeman Dyson ont reçu en 1965 le prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred Nobel. Il récompense des figures...) pour leur contribution à cette théorie en particulier par la mise au point (Graphie) du calcul des quantités observables en utilisant la covariance (Pour le principe physique, voir Principe de covariance générale.) et l'invariance de jauge.

La renormalisation

La procédure de renormalisation pour s'affranchir de quantités infinies 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 entre électrons et 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 (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) élémentaire),

\ A_\mu est le quadrivecteur (La théorie de la relativité (restreinte, puis générale) postulée par Einstein amène à considérer les trois coordonnées d'espace (par exemple...) 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 (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron. Il possède une charge électrique de +1 (contre -1 pour...) dans leur interaction par l'intermédiaire du quadrivecteur potentiel.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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