양자 마당 이론

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응용

양자 컴퓨터 NMR(핵자기공명)

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물리학에서 양자장론(quantum field theory) 혹은 양자 마당 이론은 마당을 기술하는 양자 이론이다. 입자 물리학이나 응집물질 물리학등의 이론적인 바탕이 되며 여기에서 특히, 단일 입자가 아닌 많은 입자 이론을 기술하는 방법이다.

좁은 의미에서는 양자역학과 특수 상대성 이론을 결합한 이론이다. 양자수가 같은 두 입자는 절대로 구별할 수 없다는 성질에 의해 이 두 이론을 함께 생각하면, 많은 입자 이론을 생각하여야 하고, 이를 기술하는 것이 양자 마당이다. 입자 모형의 표준 모형은 대표적인 양자 마당 이론이다. 넓은 의미에서는 비상대적인 영역에서 초전도 이론인 BCS 이론등을 말한다.

양자장론에서 입자사이의 힘은 다른 입자들에 의해 매개된다. 예를들어 두 전자 사이의 전자기력은 광자의 교환에 의해 발생한다. 하지만 양자장론은 모든 기본적인 힘들에 적용된다. intermediate vector boson은 약력을 전달하고, 글루온은 강력을, graviton은 중력을 전달한다. 이렇게 힘을 전달하는 입자들은 가상입자라고 정의되며, 힘을 전달하는 도중에는 아직 힘이 도달하지 않았기 때문에 검출되지 않는다.

양자장론의 광자는 고전역학의 입자 개념에서 처럼 '작은 당구공'으로 여겨지기 보다는, field quanta로 생각해야 한다. 그리고 장(field)안에서 파동들은 입자로 생각할 수 있다. 전자같은 페르미온 또한, 장 내에서의 파동으로 묘사될 수 있으며, 각각의 페르미온들은 고유의 장을 가진다. 간단히 말해서, 고전적 해석에서는 " 모든것은 장과 입자이다." 라고 보았으나 양자장론에서는 "모든것은 입자이다" 혹은 "모든 것은 장(field)이다"라고 말할 수 있다. 결론적으로 양자장론에서는 입자란 장의 들뜬 상태라고 볼 수 있다.

[편집] 양자장론의 원리

고전적인 장론과 양자장론

양자역학에서는 추상화된 operator가 추상화된 공간(힐베르트 공간)에 적용되는 일반적인 경우에 대해서 정의하였고, operator란 물리적으로 관찰이 가능한 양들을 말하고, 상태공간은 연구의 대상이 되는 가능한 상태들의 표현이다. 그리고 operator는 기술적으로 보았을 때, 고전역학에서의 자유도(degree of freedom)에 대응된다.

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