Dieses Kapitel schildert die Entwicklung der Quantenelektrodynamik. Eine relativistische Version der Bewegungsgleichung für Quanten wird gebraucht, um relativistische Teilchen beschreiben zu können, insbesondere Photonen. Versionen für Teilchen mit und ohne Spin folgen aus dem relativistischen Energiesatz. Sie enthalten aber Lösungen mit negativer Energie, die interpretiert werden müssen. Stückelberg und Feynman interpretieren sie als Antiteilchen, die sich in der Zeit zurückbewegen. Das liefert gleichzeitig die Erklärung für die Erhaltung der Ladung bei Erzeugung und Vernichtung von geladenen Teilchen. Feynman, Schwinger, Tomonaga und Dyson entwickeln die Quantenfeldtheorie der elektromagnetischen Wechselwirkung. Feynmans Version wird anhand von Feynman-Graph und Pfadintegral anschaulich gemacht. Danach wechselwirken geladene Teilchen miteinander durch den Austausch von virtuellen Photonen. Das ,,Hütchenspiel“ der Renormierung wird erläutert. Die Noether-Theoreme erklären anhand von Eichsymmetrien, warum elektrische Ladung nicht nur global, sondern auch lokal erhalten sein muss. Ihre verschärfte lokale Version legt die Eigenschaften der Quantenelektrodynamik fest. Veltman und ’t Hooft klären den Zusammenhang zwischen Eichfreiheit und Renormierbarkeit. Damit gründet sich das gesamte heutige Standardmodell der Teilchenphysik auf Symmetrieprinzipien.

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Quantenfelder

  • Martin Pohl

摘要

Dieses Kapitel schildert die Entwicklung der Quantenelektrodynamik. Eine relativistische Version der Bewegungsgleichung für Quanten wird gebraucht, um relativistische Teilchen beschreiben zu können, insbesondere Photonen. Versionen für Teilchen mit und ohne Spin folgen aus dem relativistischen Energiesatz. Sie enthalten aber Lösungen mit negativer Energie, die interpretiert werden müssen. Stückelberg und Feynman interpretieren sie als Antiteilchen, die sich in der Zeit zurückbewegen. Das liefert gleichzeitig die Erklärung für die Erhaltung der Ladung bei Erzeugung und Vernichtung von geladenen Teilchen. Feynman, Schwinger, Tomonaga und Dyson entwickeln die Quantenfeldtheorie der elektromagnetischen Wechselwirkung. Feynmans Version wird anhand von Feynman-Graph und Pfadintegral anschaulich gemacht. Danach wechselwirken geladene Teilchen miteinander durch den Austausch von virtuellen Photonen. Das ,,Hütchenspiel“ der Renormierung wird erläutert. Die Noether-Theoreme erklären anhand von Eichsymmetrien, warum elektrische Ladung nicht nur global, sondern auch lokal erhalten sein muss. Ihre verschärfte lokale Version legt die Eigenschaften der Quantenelektrodynamik fest. Veltman und ’t Hooft klären den Zusammenhang zwischen Eichfreiheit und Renormierbarkeit. Damit gründet sich das gesamte heutige Standardmodell der Teilchenphysik auf Symmetrieprinzipien.