威利斯·兰姆兰姆位移与重整化 | 量子群英传( 四 )


除了裸电荷(bare charge)之外 , 还有裸粒子具有的裸质量或其他裸参数 , “裸”的意思 , 是将所考虑的粒子设想成完全孤立 , 不和任何其它粒子(或场)发生相互作用的情况下它所具有的性质 。 但是不存在完全孤立的粒子 , 所以“裸”只有理论上的意义 , 没有观察效应 。 因此 , 我们并不真正知道这些裸参数的值 。 重整化的思想 , 是将这些裸参数假设为无穷大 , 并与使用微扰论时碰到的无穷大量同样级别增长且互相抵消 。 两者相消的结果 , 是具有真实物理意义的可测参数 。
在谢尔特岛会议上 , 克拉默斯(Hendrik Anthony Kramers , 1894-1952)提出重新标准化(归一化)电子质量的建议 , 即质量重正化 。 也就是将裸质量设想成无穷大以抵消无穷大的粒子自能 。 电子与自身电磁场是不可分离的 , 从一开始就考虑其与电磁场的相互作用而增加的质量 , 即考虑实验质量 , 便不需要涉及电子的具体结构问题而克服发散困难 。
四天的会议结束之后 , 贝特从纽约坐火车返回 , 途中仍然忘不了思考物理问题 , 干脆拿出纸笔 , 成功地完成了氢原子中电子能量的兰姆移位的第一次“重正化”计算 。 他把理论上能够通过重新定义电子的电荷e?、质量m?和场量Ψ这些发散量 , 用重整化的方法吸收过去 。 经过重正化的处理后 , 各阶修正的结果都不再发散 , 计算的各阶辐射修正可以和实验进行比较;这一方法给出了兰姆移位的正确答案 。
之后 , 在多位物理学家的努力下 , 重整化的方法和理论逐渐完善 。 应用重整化之后的量子电动力学 , 成为计算结果最精确的理论 , 根据它求出的电子和光子相互耦合的精细结构常数(fine-structure constant)的理论值 , 和试验的误差小于百亿分之3 。 因此 , 费曼后来把QED誉为“物理学的瑰宝” 。
费曼对QED贡献最大的工作 , 要首推他的费曼图 。 我们将于下一次介绍 。
注释:
[1]. 来自于Wikipedia.
[2].https://albert.ias.edu/handle/20.500.12111/5304
[3].https://www.nature.com/articles/453867a