Infrarotproblem

Das Infrarotproblem der Quantenelektrodynamik ist ein Problem der Quantenfeldtheorie.

Die Beiträge von Photonen mit sehr niedriger Energie führen zu divergenten Anteilen der Streuamplituden in der Quantenelektrodynamik. Ursache des Problems ist, dass Photonen masselos sind und daher beliebig niedrige Energien annehmen können, bzw. – äquivalent dazu – dass die elektromagnetische Wechselwirkung langreichweitig ist.

Der Name des Problems rührt daher, dass Photonen mit niedriger Energie eine dazu proportional niedrige Frequenz haben. Elektromagnetische Wellen niedriger Frequenz, also langer Wellenlänge, werden als Infrarotstrahlung bezeichnet. Allerdings tragen zum Infrarotproblem auch Teile des elektromagnetischen Spektrums bei, die deutlich langwelliger sind (z. B. Radiowellen).

Das Infrarotproblem wird in der Behandlung der Quantenelektrodynamik meist umgangen, indem eine kleine Masse des Photons eingeführt, dann über die Anteile niedriger Energie gemittelt und zuletzt die Masse wieder auf Null gesetzt wird. Durch diese sogenannte Massenregularisierung wird es möglich, asymptotische Zustände für Zeiten lange vor und nach der Wechselwirkung sowie eine S-Matrix zu definieren, was sonst durch das Infrarotproblem unmöglich gemacht wird.

In der axiomatischen Quantenfeldtheorie ist das Infrarotproblem ein bis heute (2008) untersuchtes Problem, für das es im axiomatischen Rahmen noch keine allgemein anerkannte Lösung gibt.


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