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量子電磁力学(QED)

明日、はしかの抗体検査に行くことになった。注射はそれで陰性になった人にするのだそうだ。

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久しぶりに物理の話題。現在ゼミは量子電磁力学の中盤。

量子電磁力学とはその名の通り、電気・磁気の理論を量子論的に扱う学問のことである。

量子化というのは非常に簡単にいってしまえば、デジタル化する、ということである。

(古典的)粒子というのは運動量やエネルギーなどの物理量は連続的、つまりアナログ的である。

それに対し、量子というのは、それらがとびとびの値を持ち、デジタル化されている。

量子電磁力学(英語で略してQED)とはデジタル化された電気・磁気の理論のことなのだ。

QEDでは相互作用を2つに分ける。ひとつは瞬間的なクーロン相互作用というので、電荷を持った粒子同士の散乱の瞬間に導入される。

散乱という現象を扱うときは、散乱の瞬間の相互作用だけを考えればよい。実験(散乱)をする前の電子と陽子は、相互作用をしていないものと考えてよいからだ。

同じ電子と陽子の現象でも、これが例えば、水素原子ならば話は別である。水素原子内では、電子と陽子は常に相互作用を及ぼしあっており、結合状態を作っている。だから安定なのだが、この場合は瞬間的なクーロン相互作用でないため、摂動的に扱えない。

もう一つは放射の影響である。電子-陽子散乱の例では、相互作用の瞬間に光子が放出・吸収される。その相互作用は場の量子論では、光子の場と電子+陽子の場の積で与えられる。

そしてそこから具体的な物理量(S行列)などを計算していく。

最終的には実験結果と照らし合わせて、導入した相互作用の形が正しかったどうかが判別される。

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用語解説

光子…光の量子。光の場はベクトル場であり、古典的にはベクトルポテンシャル。

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