量子電動力學

量子電動力學（QED）是光與物質的量子理論——描述電子、正子與光子如何交互作用。它是標準模型中最古老、被檢驗得最徹底的部分，而且以任何合理標準來看，都是全科學中最精確的理論。你所經歷的每一件電磁現象，從桌子的堅硬到夕陽的色彩，都是 QED 在運作。它的核心圖像簡單得有點騙人：帶電粒子藉由放出與吸收光子而交互作用，而每一個電磁過程都是對這種交換所有可能發生方式的加總。

QED 是對稱群 U(1) 的阿貝爾規範理論，以光子為其唯一的無質量規範玻色子，以電子電荷（或等價地精細結構常數 alpha，約 1/137）為其耦合。振幅以 alpha 的微擾級數計算，每一項畫成一張費曼圖：頂點越多，alpha 的次方越高、貢獻越小，因此只要幾張圖就已能給出驚人的精度。迴圈圖中出現的無窮大，由重整化馴服——把它們重新吸收進質量與電荷的測量值中——這套程序由費曼、施溫格（Schwinger）與朝永（Tomonaga）建立，三人共享 1965 年諾貝爾獎。

招牌檢驗是電子的反常磁矩，也就是它的磁性相對於樸素狄拉克值的微小偏差。QED 預測它，實驗確認它，一致到約十二位有效數字——彷彿你測量紐約到洛杉磯的距離，卻精確到一根頭髮的寬度。QED 也是整個標準模型建構的範本：量子色動力學與電弱理論都是它更精緻、非阿貝爾的後裔。一點提醒：那些費曼圖是級數各項的記帳工具，而非電子軌跡的真實照片。