Perturbatif Kuantum Alan Teorisinde parçacıklar arasındaki kuvvetlere başka diğer parçacıklar aracılık ederler.İki elektron arasında ki Elektromanyetik kuvvet,fotonların değişimi aracılığı ile olur.Orta Vektör Bosonlar zayıf kuvvetin,gluanlar ise güçlü kuvvetin aracılarıdır.Şuana kadar geriye kalan doğanın temel etkileşmelerinden biri olan kütleçekimin tam bir quantum teorisi yoktur.Ancak önerilen bir çok teoride kütleçekim kuvvetine aracılık eden bir parçacığın varlığını öngörmektedir.Bu parçacığada graviton denilmektedir.Bu kuvvet taşıyıcı-aracı parçacıklar sanal parçacıklardır ve dedekte edilememektedirler.
KAT(QFT)'de fotonlar birer bilye benzeri düşünülmezler.Alanın kuantası olarak ele alınmaktadırlar sanki bu alanın öbek öbek dalgalanması gibi birer parçacıktırlar.Fermiyonlarda ,mesela elektron,alanın kuantalanması olarak düşünülür ve her tür fermiyonun kendine has alanı bulunmaktadır.Sonuç olarak klasik anlamda 'her şey parçacıklar ve alandır' bakışı,kuantum alan teorisinde ise 'her şey alandır' ve parçacıklar bunlardan yaratılmaktadır.Son olarak Kuantum Alan Teorisinde özetle,parçacıklar alanın uyarılmış durumları gibi ele alınmaktadır(alan kuantası).
KUANTUM ALAN TEORİSİNİN TARİHİ
Kuantum Alan Teorisi(KAT) ' nin tarihi 1920'lerde elektromanyetik alanın kuantum mekaniksel teorisinin oluşturulması sorunu ile birlikte başlamaktadır.1926 da Max Born,Pascual Jordan ve Werner Heisenberg,alanın serbestlik derecesini,harmonik osilatör çözümlerini kullanarak ve bu ösilatörlerin kuantizasyonunu hesaplayarak ifade ettiler(kanonik kuantizasyon).Bu teoriye göre hiçbir elektrik yükü yada akım bulunmamaktadır,bugün bu teori serbest alan teorisi olarak bilinmektedir.İlk olarak Paul Dirac tarafından,1927 de,kuantum mekaniksel nesne olarak elektrik yüklü madde(özellikle elektron) ve elektromanyetik alanı içeren elektrodinamiğin mantıklı bir kuantum teorisi geliştirilmiştir.Bu kuantum alan teorisi,daha düşük kuantum durumuna düşen elektron tarafından salınan fotonun süreci gibi parçacık sayılarının değiştiği süreçler için önemli bir model olarak kullanılır-başlangıçta bir atom ve sürecin sonunda bir atom ve bir foton.Bugün anlaşılmıştır ki bu tarz süreçlerin tanımlanabilirliği kuantum alan teorisinin en önemli özelliklerinden biri olmuştur.
Başından beri belliydi ki,bir şekilde Einstein'in teorisiyle uyuma sahip olan elektromanyetik alanın uygun kuantum davranışı vardı,zaten relativite teoriside klasik elektromanyetik teorisinin üzerinde çalışıldığında gelişmişti.Bu durum relativite ile kuantumun birlikte ele alınmasının gerektiriyordu ve bu kuantum alan teorisinin gelişiminin ikinci büyük motivasyonuydu.Pascual Jordan ve Wolfgang Pauli,1928 de,gösterdiler ki, özel relativite tarafından tahmin edilen koordinat dönüşümlerinde(esasında alan komutatörlerinin Lorentz invaryant olduğunu göstermişlerdir.) kuantum alanlarının davranışları kurulabilir.1933 te,Neils Bohr ve Leon Rosenfeld,bu sonucun, uzay cinsinden aralıklarda alanların ölçülebilirliğinde,relativitenin gerektirdiği gibi,bir kısıtlama gibi yorumlanabileceğini gösterdiler.Kuantum teorisine daha büyük bir dayanak ise Dirac Denkleminin keşfi ile gelmişti.Tek parçacık denklemi hem relativiteye hemde kuantum mekaniğine uyuyordu.Denklemin istenmeyen birkaç sonucunun(negatif enerji durumları gibi) Dirac Denkleminin Kuantum Alan Teorisi gibi reformulasyonu ile elenmiş olmaktadır.Bu çalışma,Wendell Furry,Robert Oppenheimer,Vladimir Fock ve diğerleri tarafınfan yapılmıştır.
Kuantum Alan Teorisinin gelişiminde üçüncü vidası çok parçacıklı sistemlerinin istatistiğini uyumlu ve kolayca ele alma gerekliliğiydi.1927 de,Jordan,alanların kanonik kuantizasyonunu özdeş parçacıkların çok cisim dalga fonksiyonlarına genişletmeyi denedi.Bu işlem ikinci kuantizasyon olarakta bilinmektedir.1928'de,Jordan ve Eugene Wigner,kuantum alanıyla tanımlanan elektronlar ve diğer fermiyonların,Pauli dışarlama ilkesi nedeniyle yaratma ve yoketme operatörlerinin anti-komütasyonu kullanılarak genişletilmesi gerektiğini buldular.Teorinin bu gelişimi çok cisim teorisi içinde birleştirilmiş ve yoğun madde fiziğinde ve Nükleer fizikte çok etkili olmuştur.
Teorinin erken başarılarına rağmen,çeşitli ciddi teorik zorlukları yüzünden bela olmuştur.Kuantum alan Teorisi kullanıldığında,birçok zararsız görünen fiziksel niceliker-elektromanyetik alanın varlığından dolayı elektronun enerji kayması durumları gibi-sonsuzluk verir-anlamsız bir sonuçtur.Bu ıraksama problemi 1940'larda Bethe,Tomonaga,Schwinger,Feynman ve Dyson tarafından renormalizasyon diye bilinen bir işlem ile çözüldü.Gelişimin bu evresi Kuantum Elektrodinamik Teorisinin inşa edilmesi ile doruğa ulaştı.1950lerin başlarında,Yang ve Mills'in çalışmalarıyla Kuantum ElektroDinamiği Gauge teorileri olarak bilinen Kuantum Alan Teorileri sınıfına genelleştirilmiştir.1960 lar ve 1970 lerde Gauge teorisi, şimdi bilinen tüm temel taneciklerin ve aralarındaki etkileşmelerin tanımlandığı parçacık fiziğinin Standart Modeli gibi görünüyordu.
Standart Modelin bölümlerinden biri olan Zayıf etkileşme Abdus Salam ve Steven Weinberg'in katkıları ve Higgs Mekaniği yoluyla Sheldon Glashow tarafından formüle edilmişti.Teorinin mantıklı bir renormalizasyonu böylece Gerardus 't Hooft ve Martinus Veltman tarafından gösterildi.
1970 ler boyunca da,yoğun madde fiziğinde faz geçişleri üzerine çalışmalarda paralel gelişmeler Renormalizasyon grubu olarak bilinen bir dizi yeni fikir ve metotların öncülüğünü ise Leo Kadanoff,Michael Fisher ve Kenneth Wilson yapmıştır.1940 larda keşfedilen renormalizasyon prosedürünün fiziksel olarak daha anlaşılır bir yöntemini sağlamak için,Renormalizasyon grubu,kuantum alan teorisinin tekniklerinin kullanıldığı parçacık fiziği ve yoğun madde fiziğini teorik bir yapının içinde birleştirmek olan teorik fiziğin 'büyük sentezi' diye bilinen teorisini inşa etmek için harekete geçtiler.
Kuantum Alan Teorisi birçok fiziksel probleme yaklaşım metodu olarak,hala canlı ve gelişmekte olan bir çalışmadır.Kuantum Alan Teorisi teorik fizik alanında en canlı kalarak, fiziğin bir çok branşında yaygın bir dil sağlamaktadır.
Kuantum Alan Teorisinin Prensipleri
Klasik Alanlar ve Kuantum Alanları
Kuantum mekaniği en genel tanımıyla,soyut bir uzaya(Hilbert Uzayı) etki eden soyut operatörlerin(ölçülebilirlerin) teorisidir.Burada gözlenebilirler olası fiziksel nicelikleri ve uzay ise incelenen sistemin olası durumlarını temsil eder.Bununla birlikte her gözlenebilir teknik anlamda serbestlik derecesi düşüncesine dayanmaktadır.Örnek olarak,basit kuantum mekaniksel parçacığın hareketi ile ilişikili temel gözlenebilirler,pozisyon ve momentum operatörleridir(
).Sıradan kuantum mekaniği küçük serbestlik derecesine sahip sistemlerler ilgilenir.Kuantum alan geniş ve olası sonsuz sayıda serbestlik derecesi içeren bir kuantum mekanik sistemdir.
Bir klasik alan uzayın herbir noktasında bir serbestlik derecesi kümesi içerir.Örneğin,klasik elektromanyetik alan iki vektör tanımlar-elektrik alan ve manyetik alan-her r pozisyonun için ayrı değerler prensip olarak alabilir.Alan bir bütün olarak bir kuantum mekanik sistem olarak ele alındığında,r sürekli olduğundan gözlenebilirleri sonsuz bir form olur(aslında sayılamaz).
Dahası,bir kuantum alanda serbestlik derecesi tekrarlı dizilerde düzenlenir.örneğin,bir elektromanyetik alanda serbestlik derecesi r posizyonuna göre ,her bir r için kesinlikle iki vektörle,gruplandırılabilir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder