Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Mittwoch, 4. März 2020

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 7 Quantenelektrodynamik als erste QFT


Wir haben zwei grundlegende Vorstellungen von Licht: Licht als elektromagnetische Welle, Licht als Photonenfolge.
Oft werden Photonen (fälschlicherweise) als Teilchen angesehen, die man durch eine Welle beschreiben muss, die Wahrscheinlichkeitswelle...

Die Quantenelektrodynamik löst das Dilemma:

Maxwell ist es gelungen, alle elektrischen und magnetischen Eigenschaften und somit auch das Licht durch ein System aus  Differenzialgleichungen zu beschreiben. Dabei wird Licht als elektromagnetische Welle angesehen: elektrische und magnetische Felder bedingen sich gegenseitig und sorgen so für die Ausbreitung der Welle.

Vor 100 Jahren stellte sich heraus, dass man Licht durch gequantelte Energiepakete (Photonen) beschreiben muss, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.

Die Quantenmechanik beschreibt Quanten (u.a.) durch Wahrscheinlichkeitswellen (siehe Teil 5), deren Ausbreitung die möglichen Auftrefforte der Photonen bestimmt.

Die Auslenkung der elektromagnetischen Welle EMW ist ein Maß für die Stärke der Felder, die Auslenkung der Wahrscheinlichkeitswelle WW ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit bei einer Messung ein Photon anzutreffen.

Die EMW ist ein Teil unserer Realität, wir experimentieren mit EMW und nutzen sie z.B. beim Handy zur Übertragung von Information.
Die WW dagegen ist ein Modell, das wir letztlich nur im Kopf haben, wir ordnen der WW keine reale Existenz zu.

Zwei verschiedene Vorstellungen von Lichtwellen, die  scheinbar wenig gemeinsam haben!

Die Lösung ist naheliegend: EMW sind letztlich WW für Photonen. Die Auslenkung der EMW, also die Feldstärke, ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit Photonen anzutreffen.
Und das letztlich erfordert, dass elektrische und magnetische Felder aus Photonen bestehen!

Diese Felder vermitteln Kräfte, so wurden sie vor langer Zeit eingeführt. Und jetzt ist klar: Es sind die Photonen, die elektrische und magnetische Kräfte vermitteln.

Da Photonen Quanten sind, bestehen also elektrische Felder (und magnetische Felder, die ja nichts anderes als bewegte elektrische Felder sind) aus gequantelten Energiepaketen. Das elektrische Feld kann nicht jeden beliebigen Energieinhalt annehmen. Die Energie eines elektrischen Feldes ist gequantelt.
Damit sind für bei der QED!

Was von diesem Ansatz ist für das Standardmodell der ET (Elementarteilchen) - Physik wichtig?

Viele ET (Elementarteilchen) besitzen elektrische Ladungen und tauschen somit Wechselwirkungen aus. Nun wissen wir wie: ET tauschen Photonen aus!

In den nächsten Posts werden wir die besondere Eigenschaft solcher Austausch-Photonen kennenlernen und dann, dass diese Idee auch bei den anderen Kräften zwischen ET greift.
Dann haben wir die QFT als ein Standbein der ET-Theorie erfasst....

Das Bild zeigt Feynman, einer der Väter der QED.
Das zweite Bild zeigt eine Vorstellung über Licht, die so nicht haltbar ist (aus Leifi-Physik), aber manchmal hilft.....




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