O que é Eletrodinâmica Quântica (QED)?
A eletrodinâmica quântica (QED) é a teoria quântica de campos que explica como as partículas eletricamente carregadas interagem umas com as outras através da troca de fótons ("quanta" da luz, ou pequenos pacotes de luz). Os fótons e, portanto, as interações em um QED, se propagam à velocidade da luz. O QED é referido como uma teoria de medidores, com um campo de medidores matematicamente especificado representando a força eletromagnética. A teoria também explica o magnetismo, pois o magnetismo e a eletricidade são duas manifestações da mesma força subjacente, o eletromagnetismo.
A teoria do QED é uma das teorias mais bem verificadas da Terra, às vezes dando resultados precisos com dez casas decimais, e foi a primeira teoria quântica de campos a ser chamada consistente e completa. Verificou-se que uma previsão feita pelo QED era precisa até 0,0038 partes por milhão, provavelmente a previsão física mais precisa e exata já feita. A computação de soluções corretas para o comportamento de sistemas com partes interagentes ou orbitais de elétrons maiores fica exponencialmente mais difícil à medida que o número de componentes aumenta, com alguns cálculos que exigem literalmente décadas de trabalho para calcular e verificar.
Das quatro forças da natureza - eletromagnetismo, força nuclear fraca, força nuclear forte e gravidade - o eletromagnetismo é provavelmente o mais fácil de explicar rigorosamente, apesar de explicar que levou centenas de cientistas décadas de trabalho. A teoria foi desenvolvida com satisfação no final dos anos quarenta, graças ao trabalho independente de Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger e Richard Feynman. Eles receberam o Prêmio Nobel de Física de 1965 por seus esforços.
Se o eletromagnetismo fosse a única força da natureza operando no universo, o QED ofereceria um relato completo de sua natureza exata. No entanto, não é, e a busca continua por uma teoria quântica de campos que integre todas as quatro forças. Além disso, resolver equações no QED é muito difícil, mais difícil que os problemas convencionais da mecânica quântica, pois o QED é uma generalização da mecânica quântica para a relatividade especial. As imagens mais famosamente associadas ao QED são os diagramas de Richard Feynman, de Feynman , que usam linhas retas e onduladas para analisar as diferentes maneiras pelas quais as partículas trocam fótons para interagir fisicamente.
A teoria do QED ainda produz infinitos matemáticos em certos contextos e, embora muitos desses problemas tenham sido resolvidos, eles persistem em um determinado nível. Algoritmos ad hoc de renormalização foram desenvolvidos para suavizar essas imperfeições teóricas. Essas infinidades sugerem que o QED não é de modo algum uma teoria final, deixando o futuro aberto à descoberta de uma teoria mais precisa, uma que veja o eletromagnetismo no contexto das outras três forças da natureza.