¿Qué es la electrodinámica cuántica (QED)?
La electrodinámica cuántica (QED) es la teoría del campo cuántico que explica cómo las partículas cargadas eléctricamente interactúan entre sí a través del intercambio de fotones ("cuantos" de luz, o pequeños paquetes de luz). Los fotones, y por lo tanto las interacciones en un QED, se propagan a la velocidad de la luz. QED se conoce como una teoría de indicadores, con un campo de indicadores especificado matemáticamente que representa la fuerza electromagnética. La teoría también explica el magnetismo, ya que el magnetismo y la electricidad son dos manifestaciones de la misma fuerza subyacente, el electromagnetismo.
La teoría de QED es una de las teorías mejor verificadas en la Tierra, a veces da resultados precisos a diez decimales, y fue la primera teoría de campo cuántico que se llamó consistente y completa. Se descubrió que una predicción realizada por QED era precisa hasta 0,0038 partes por millón, probablemente la predicción física más precisa y precisa jamás realizada. Calcular soluciones correctas para el comportamiento de sistemas con partes que interactúan o con orbitales de electrones más grandes se vuelve exponencialmente más difícil a medida que aumenta el número de componentes, y algunos cálculos requieren literalmente décadas de trabajo para calcular y verificar.
De las cuatro fuerzas de la naturaleza (electromagnetismo, fuerza nuclear débil, fuerza nuclear fuerte y gravedad), el electromagnetismo es probablemente el más fácil de explicar de manera rigurosa, aunque explicarlo requirió cientos de décadas de trabajo. La teoría se desarrolló satisfactoriamente a finales de los años cuarenta, gracias al trabajo independiente de Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger y Richard Feynman. Recibieron el Premio Nobel de Física de 1965 por su esfuerzo.
Si el electromagnetismo fuera la única fuerza de la naturaleza que opera en el universo, QED ofrecería una descripción completa de su naturaleza exacta. Sin embargo, no lo es, y la búsqueda continúa para una teoría de campo cuántico que integra las cuatro fuerzas. Además, resolver ecuaciones en QED es muy difícil, más difícil que los problemas de mecánica cuántica convencionales, ya que QED es una generalización de la mecánica cuántica a la relatividad especial. Las imágenes más famosas asociadas con QED son los diagramas Feynman de Richard Feynman, que usan líneas rectas y onduladas para analizar las diferentes formas en que las partículas intercambian fotones para interactuar físicamente.
La teoría de QED todavía produce infinitos matemáticos en ciertos contextos, y aunque muchos de estos problemas se han resuelto, persisten en cierto nivel. Se han desarrollado algoritmos de renormalización ad hoc para suavizar estas imperfecciones teóricas. Estos infinitos sugieren que QED no es de ninguna manera una teoría final, dejando el futuro abierto al descubrimiento de una teoría más precisa, una que vea el electromagnetismo en el contexto de las otras tres fuerzas de la naturaleza.