Qu'est-ce que l'électrodynamique quantique (QED)?
L'électrodynamique quantique (QED) est la théorie des champs quantiques expliquant comment des particules chargées électriquement interagissent les unes avec les autres par échange de photons ("quanta" de lumière, ou petits paquets de lumière). Les photons, et donc les interactions dans une QED, se propagent à la vitesse de la lumière. La QED est appelée théorie de jauge, avec un champ de jauge spécifié mathématiquement représentant la force électromagnétique. La théorie explique également le magnétisme, le magnétisme et l'électricité étant deux manifestations de la même force sous-jacente, l'électromagnétisme.
La théorie de la QED est l'une des théories les plus bien vérifiées sur Terre, donnant parfois des résultats précis à dix décimales. Elle a été la première théorie quantique des champs à être qualifiée de cohérente et complète. Une prédiction faite par QED s'est avérée être précise jusqu'à 0,0038 partie par million, probablement la prédiction physique la plus précise et la plus précise jamais faite. Le calcul de solutions correctes au comportement de systèmes avec des parties en interaction ou des orbitales électroniques plus grandes devient exponentiellement plus difficile à mesure que le nombre de composants augmente, certains calculs nécessitant littéralement des décennies de calcul et de vérification.
Parmi les quatre forces de la nature - l’électromagnétisme, la faible force nucléaire, la forte force nucléaire et la gravité - l’électromagnétisme est probablement le plus facile à expliquer avec rigueur, bien qu’expliquer cela a effectivement pris des centaines de décennies de scientifiques. La théorie a été développée de manière satisfaisante à la fin des années 40, grâce au travail indépendant de Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger et Richard Feynman. Ils ont reçu le prix Nobel de physique de 1965 pour leurs efforts.
Si l’électromagnétisme était la seule force de la nature opérant dans l’univers, le QED offrirait un compte rendu complet de sa nature exacte. Cependant, ce n'est pas le cas, et la recherche d'une théorie quantique des champs intégrant les quatre forces se poursuit. De plus, résoudre les équations dans QED est très difficile, plus difficile que les problèmes classiques de la mécanique quantique, car le QED est une généralisation de la mécanique quantique à la relativité restreinte. Les images les plus connues associées à QED sont les diagrammes Feynman de Richard Feynman, qui utilisent des lignes droites et ondulées pour analyser les différentes façons dont les particules échangent des photons pour interagir physiquement.
La théorie de la QED produit toujours des infinis mathématiques dans certains contextes et, même si bon nombre de ces problèmes ont été résolus, ils persistent à un certain niveau. Des algorithmes de renormalisation ad hoc ont été développés pour lisser ces imperfections théoriques. Ces infinités suggèrent que la QED n'est en aucun cas une théorie finale, laissant le futur ouvert à la découverte d'une théorie plus précise, celle qui considère l'électromagnétisme dans le contexte des trois autres forces de la nature.