Théorie quantique des champs

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Ce diagramme de Feynman représente l'annihilation d'un électron et d'un positron, qui produit un photon (représenté par une ligne ondulée bleue). Ce photon se décompose en une paire quark-antiquark, puis l'antiquark émet un gluon (représenté par la courbe verte). Ce type de diagramme permet à la fois de représenter approximativement les processus physiques mais également de calculer précisément leurs propriétés, comme la section efficace de collision.

La théorie quantique des champs est une approche en physique théorique pour construire des modèles décrivant l'évolution des particules, en particulier leur apparition ou disparition lors des processus d'interaction. Il ne s'agit donc pas d'une seule théorie, mais plutôt d'un cadre théorique, qui tire son nom de la combinaison entre la notion classique de champ et des principes et outils de la mécanique quantique (relativiste). Selon cette approche, l'attention est portée non pas sur des particules, mais sur des champs, pénétrant l'espace et considérés comme plus fondamentaux.

Développée au cours du e siècle, surtout entre 1920 et 1950 par des physiciens tels que Dirac, Fock, Pauli, Tomonaga, Schwinger, Feynman et Dyson, la théorique quantique des champs est aujourd'hui un des piliers conceptuels de la description physique de l'univers, au travers notamment du modèle standard. À ce titre le développement de la théorie a été récompensé par de nombreux prix Nobel de physique, et les progrès mathématiques nécessaires pour lui donner corps ont donné lieu à plusieurs médailles Fields.

Toutefois, en dépit de nombreux efforts, il ne semble pas possible d'y intégrer une description de la théorie de la relativité générale. Pour cette raison, de nombreux physiciens cherchent une théorie plus générale, dont la théorique quantique des champs (et la théorie de la relativité générale) ne seraient que des approximations.

La théorie quantique des champs a été développée initialement pour comprendre les phénomènes de physique des hautes énergies au sein des accélérateurs de particules, ce pour quoi elle est principalement utilisée aujourd'hui. Mais elle permet également d'expliquer des phénomènes de physique de la matière condensée, tels que la supraconductivité, l'effet Hall quantique, ou la superfluidité.

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