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NachrichtenLexikonProtokolleBücherForenSonntag, 22. Oktober 2017 

Quantenfeldtheorie


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Eine Quantenfeldtheorie (QFT) beschreibt Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen . Sie kombiniert Prinzipien klassischer Feldtheorien (z.B. der Elektrodynamik ) und der Quantenphysik (z.B. der Paarerzeugung von Teilchen) zur Bildung einer erweiterten In der Regel berücksichtigen Quantenfeldtheorien die spezielle Relativitätstheorie .

Quantenfeldtheorien gehen über die (nichtrelativistische wie Quantenmechanik hinaus indem sie nicht nur eine Quantisierung von Observablen wie Energie oder Impuls beschreiben sondern die die Wechselwirkung vermittelnden Felder selbst quantisieren. Die Quantisierung der Felder man auch als zweite Quantisierung . Diese berücksichtigt explizit die Entstehung und von Elementarteilchen ( Paarerzeugung Annihilation ). Alle die Wirklichkeit beschreibenden Quantenfeldtheorien sind

Die Behandlung von Quantenfeldtheorien erfolgt oft Hilfe von Feynmandiagrammen .

Inhaltsverzeichnis

Konkrete Quantenfeldtheorien

Quantenelektrodynamik

Das Paradebeispiel einer Quantenfeldtheorie ist die Quantenelektrodynamik (QED). Sie entsteht aus der Elektrodynamik Quantisierung der Maxwellschen Gleichungen und war die erste erfolgreiche QFT. Quantenelektrodynamik erklärt mit hoher Genauigkeit die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen (z.B. Elektronen Myonen Quarks ) mittels Austausch von virtuellen Photonen sowie die Eigenschaften von elektromagnetischer Strahlung .

Dadurch lassen sich etwa die chemischen Elemente ihre Eigenschaften und Bindungen und das Periodensystem der Elemente verstehen. Auch die Festkörperphysik mit der wirtschaftlich bedeutsamen Halbleiterphysik leiten sich letztendlich von der QED Konkrete Rechnungen werden allerdings in der Regel vereinfachten aber ausreichenden Formalismus der Quantenmechanik durchgeführt.

Schwache Wechselwirkung

Die schwache Wechselwirkung deren bekanntester Effekt Betazerfall ist nimmt eine physikalisch geschlossene Formulierung Vereinheitlichung mit der QED im elektroschwachen Standardmodell Die Wechselwirkung wird hier durch Photonen W- und Z-Bosonen vermittelt. In dieser Theorie tritt auch bislang noch nicht bestätigte Higgsteilchen auf.

Quantenchromodynamik

Ein anderes Beispiel einer QFT ist Quantenchromodynamik (QCD) welche die Starke Wechselwirkung beschreibt. In ihr wird ein Teil im Atomkern auftretenden Wechselwirkungen zwischen Protonen und Neutronen auf die subnukleare Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen reduziert.

Interessant ist in der QCD dass Gluonen welche die Wechselwirkung vermitteln selbst miteinander (Das wäre etwa so als ob sich durchdringende Lichtstrahlen beeinflussten.) Eine Konsequenz dieser gluonischen ist dass die elementaren Quarks nicht einzeln beobachtet werden können sondern in Form von Quark-Antiquark-Zuständen oder Zuständen dreier (oder Antiquarks) auftreten (Confinement).

Quantengravitation

Versuche diese Quantenfeldtheorien mit der allgemeinen Relativitätstheorie (Gravitation) zur Quantengravitation zu vereinen sind bisher ohne Erfolg Nach Ansicht vieler Forscher erfordert die Quantisierung Gravitation neue über das Konzept der Quantenfeldtheorie Konzepte.

Beispiele der aktuellen Forschung sind Supersymmetrie Stringtheorie oder M-Theorie .

Standardmodell

Durch Kombination des elektroschwachen Modells mit Quantenchromodynamik entsteht eine vereinte Quantenfeldtheorie das so Standardmodell der Elementarteilchenphysik. Es enthält alle bekannten und kann alle bekannten Vorgänge erklären.

Gleichzeitig ist aber bekannt dass das nicht die letztendliche Theorie sein kann. Zum ist die Gravitation nicht enthalten zum anderen es eine Reihe von Beobachtungen ( Neutrinooszillationen Dunkle Materie ) nach denen eine Erweiterung des Standardsmodells scheint.



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