Квантовая теория поля

Квантовая теория поля- раздел физики, изучающий поведение квантовых систем с бесконечно большим числом степеней свободы-квантовых полей; является теоретической основой описания микрочастиц, их взаимодействий и превращений. На языке КТП базируется физика высоких энергий, физика элементарных частиц, её математический аппарат используется в физике конденсированного состояния[⇨]. Квантовая теория поля в виде Стандартной модели (с добавлением масс нейтрино) в настоящее время является единственной экспериментально подтверждённой теорией, способной описывать и предсказывать результаты экспериментов при высоких энергиях, достижимых в современных ускорителях[⇨].

Математический аппарат КТП строится на основе прямого произведения гильбертовых пространств состояний (пространство Фока) квантового поля и действующиех в нём операторов. В отличие от квантовой механики, где исследуют свойства волновой функции «микрочастиц» как неких неуничтожимых объектов; в КТП основными объектами исследования являются квантовые поля и их элементарные возбуждения, а главную роль играет аппарат вторичного квантования с операторами рождения и уничтожения частиц, действующими в пространстве состояний Фока[⇨]. Аналогом квантовомеханической волновой функции в КТП является полевой оператор, способный действовать на вакуумный вектор фоковского пространства (см. вакуум) и порождать одночастичные возбуждения квантового поля. Физическим наблюдаемым величинам здесь также соответствуют операторы, составленные из полевых операторов[⇨].

Квантовая теория поля возникла в результате работы нескольких поколений физиков-теоретиков на протяжении большей части 20 века. Её развитие началось в 1920-х годах с описания взаимодействий между светом и электронами, что привело к появлению первой квантовой теории поля — квантовой электродинамики[⇨]. Вскоре обнаружилось первое серьёзное теоретическое препятствие для построения более строгой теории, связанное с появлением и сохранением различных бесконечностей при вычислении рядов теории возмещений. Эта проблема нашла решение только в 1950-х годах после изобретения процедуры перенормировки[⇨]. Вторым серьёзным препятствием стала очевидная неспособность КТП описать слабые и сильные взаимодействия, до такой степени, что некоторые теоретики призвали отказаться от теоретико-полевого подхода[1][2]. Развитие калибровочной теории в 1970-х годах привели к возрождению квантовой теории поля в виде Стандартной модели элементарных частиц.