양자 전기역학

틀:위키데이터 속성 추적 틀:양자장론 양자장론에서 양자 전기역학(量子電氣力學, 틀:Lang, 약자 QED)은 고전 전자기학을 양자화하여 얻는 이론이다. 가장 간단한 형태로는 전하를 가진 디랙 입자(전자, 쿼크 등)와 광자의 상호작용을 다루며, 자연스럽게 여러 맛깔의 디랙 입자와 여러 맛깔의 스칼라 입자 (중간자, 힉스 보손 따위), 벡터 입자(W보존 따위)로 확장할 수 있다. 고전전자기학과 같이, 아벨 군 U(1)을 바탕으로 하는 게이지 이론이다. 표준 모형의 일부이며, 현재 알려진 물리 이론 중 가장 정확하게 실험으로 검증되었다.

역사

양자 전기역학은 디랙 장(전자)에 질량이 없는 벡터 장(광자)을 최소 커플링하여 얻는다. 자유 디랙 스피너 장의 라그랑지언은 다음과 같다.

\bar{ψ} (i γ^{μ} \partial_{μ} - m) ψ .

맥스웰 장(질량이 없는 벡터 장)의 라그랑지언은 다음과 같다.

- \frac{1}{4} F_{μ ν} F^{μ ν}

자유 디랙 스피너 장의 라그랑지언에서 모든 미분 연산자를 공변 미분으로 바꾸고, 여기에 맥스웰 라그랑지언을 더하면 양자 전자기학의 라그랑지언을 얻는다.

ℒ = \bar{ψ} (i γ^{μ} D_{μ} - m) ψ - \frac{1}{4} F_{μ ν} F^{μ ν} .

여기서 공변 미분은

D_{μ} = \partial_{μ} + Q i e A_{μ} .

이다. 여기서 $Q$ 는 입자의 전하로, 전자의 경우 $Q = - 1$ 이다.