它研究電磁相互作用的量子性質(即光子的發射和吸收)，帶電粒子的產生和湮滅，帶電粒子之間的散射，帶電粒子與光子的散射等等。它總結了原子物理、分子物理、固體物理、核物理和粒子物理中電磁相互作用的基本原理。
中文名:量子電動力學mbth:量子電動力學研究範疇:電磁場與帶電粒子的量子相互作用屬於壹門學科:物理學應用學科:量子力學術語範疇:數學科學概況、發展過程、輻射場、修正、學科概述量子電動力學是量子場論發展中最長、最成熟的分支，簡稱QED。它主要研究電磁場與帶電粒子相互作用的基本過程。從原理上講，它的原理概括了原子物理、分子物理、固體物理、核物理、粒子物理中的電磁相互作用過程。它研究電磁相互作用的量子性質(即光子的發射和吸收)，帶電粒子(如正負電子)的產生和湮滅，帶電粒子之間的散射，帶電粒子與光子之間的散射。它在應用範圍廣、基本假設簡單明了、與實驗符合的準確度高等方面在現代物理學中表現突出。發展過程1925年量子力學建立後不久，P.A.M .狄拉克在1927年提出輻射的量子理論，W.K .海森堡和w .泡利在1929年提出輻射的量子理論，奠定了量子電動力學的理論基礎。在量子力學範圍內，帶電粒子與電磁場的相互作用可以看作微擾來處理光的吸收和受激發射，但不能處理光的自發射。因為如果把電磁場看成是經典場，那麽在光子發出之前是沒有輻射場的。原子中的受激電子在量子力學中是穩態。沒有輻射場作為擾動，它不會跳躍。自發光是確定的事實。為了解釋這種現象，定量地給出它的發生概率，我們只能在量子力學中靈活處理。壹種方法是利用對應原理，把原子中的受激電子看成是許多諧振子的和，把產生輻射的振蕩電流認定為對應於量子力學的某些躍遷矩陣元，從而計算出自發射的躍遷幾率。從這種方法可以得到M·普朗克輻射公式，這反過來說明對應原理的處理是可行的。另壹種方法是使用愛因斯坦關於自發射概率和吸收概率之間關系的理論。這些方法得到的結果雖然可以與實驗結果壹致，但理論上與量子力學體系是矛盾的——量子力學的穩態壽命是無限的。狄拉克、海森堡和泡利量子化了輻射場。除了得到光的波粒二象性的明確表達式，還解決了上述矛盾。電磁場量子化後，電場強度和磁場強度都變成算符。它們的分量滿足壹定的互易關系，它們的“期望值”(即實驗測得的平均值)應該滿足量子力學的測不準關系，所以它們不可能有確定的值(即均方誤差同時為零)。作為特例，它們不能同時確定為零。在沒有光子存在的狀態下(稱為輻射場真空態)，sum的平均值為零。但是和的平均值不為零(否則均方；差值將同時為零)。這就是量子化輻射場的真空漲落。它非常類似於量子力學中諧振子的零點能量。量子化後，場的產生和湮滅成為壹個普遍而基本的過程。因此，當原子處於激發態時，雖然沒有光子，但電子仍然可以躍遷到低能態，產生光子。基於輻射場的量子理論，我們可以計算帶電粒子與電磁場相互作用的截面，如康普頓效應、光電效應、軔致輻射、電子對產生和電子對湮滅等。這些結果是用微擾理論近似最低階非零得到的，與實驗符合得很好。但無論哪種過程，在計算高次近似的結果時，都必然會遇到發散困難，即會得到無窮個結果。這壹點首先由《奧本海默》在1930中指出。在此後的十幾年裏，量子電動力學雖然在許多基礎電磁過程的研究，以及高能輻射在物質中的穿透、宇宙線的級聯簇射等方面不斷發展，但在解決基礎理論中的發散困難方面仍處於相對停滯的狀態。在新的理論表達式下，計算了各種過程的高階修正，由於實驗條件和精度的提高，這些結果滿足了理論越來越高的要求。量子電動力學是規範場理論。統壹電磁相互作用和弱相互作用是量子場論的壹個重要發展階段。弱電統壹理論的標準模型和描述強相互作用的量子色動力學屬於規範場論。他們的建立是受量子電動力學的理論和方法的啟發。從量子電動力學研究中建立起來的重整化理論，不僅用於粒子物理，也是統計物理的有用工具(見相位和相變，重整化群)。