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L'électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier...) relativiste est une théorie physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) ayant pour but de concilier l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude...) avec la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...) en utilisant un formalisme Lagrangien (Le lagrangien d'un système dynamique est une fonction des variables dynamiques qui permet...) relativiste.
L'électrodynamique (L'électrodynamique est la discipline physique qui étudie et traite des actions dynamiques entre...) quantique est une théorie quantique des champs (La théorie quantique des champs (QFT, abréviation du terme anglais Quantum field theory)...) de l'électromagnétisme. Elle décrit l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) électromagnétique des particules chargées et a été appelée " le bijou de la physique " pour ses prédictions extraordinairement précises dans la détermination théorique de quantités (mesurées par ailleurs) telles que le moment magnétique (En physique, le moment magnétique est une grandeur vectorielle qui permet de mesurer...) du muon (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à...), ou encore le décalage de Lamb des niveaux d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.).
Mathématiquement, cette théorie a la structure d'un groupe abélien avec un groupe de jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par...) U(1). Le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de jauge qui intervient dans l'interaction entre deux charges représentées par des champs de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) 1/2 est le champ électromagnétique (Un champ électromagnétique est la représentation dans l'espace de la force...).
L'électrodynamique quantique fut la première théorie quantique des champs dans laquelle les difficultés pour élaborer un formalisme purement quantique permettant la création et l'annihilation de particules ont été résolus de façon satisfaisante.
Sin-Itiro Tomonaga (Shin'ichirō Tomonaga (朝永 振一郎, Shin'ichirō Tomonaga?)...), Julian Schwinger (Julian Seymour Schwinger (12 février 1918 - 16 juillet 1994) est un...), Richard Feynman (Richard Phillips Feynman (11 mai 1918 - 15 février 1988) est l'un des physiciens les plus...) et Freeman Dyson ont reçu en 1965 le prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les...) pour leur contribution à cette théorie en particulier par la mise au point (Graphie) du calcul des quantités observables en utilisant la covariance (En statistiques, la covariance est un nombre permettant d'évaluer le sens de variation de deux...) et l'invariance de jauge.
La procédure de renormalisation pour s'affranchir de quantités infinies indésirables rencontrées en théorie quantique des champs a trouvé en l'électrodynamique quantique sa première réussite
Le lagrangien relativiste de l'interaction entre électrons et positrons par l'échange de photons est:
et sont les champs représentant des particules chargées électriquement, les électrons et positrons sont représentés par des champs de Dirac.
γμ sont les matrices de Pauli.
est la dérivée covariante de jauge,
avec la constante de couplage (égale à la charge élémentaire),
est le quadrivecteur potentiel de l'électromagnétisme.
Et est le tenseur électromagnétique apparaissant en relativité restreinte (La relativité restreinte est la théorie formelle élaborée par Albert Einstein...).
Cette part du lagrangien décrit la propagation libre du champ électromagnétique, tandis que la partie ressemblant à l'équation de Dirac (L'équation de Dirac est une équation formulée par Paul Dirac en 1928 dans le cadre de sa...) décrit l'évolution de l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) et du positron (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron....) dans leur interaction par l'intermédiaire du quadrivecteur potentiel.