电荷与量子电动力学耦合

为什么磁铁牢牢吸住钢铁，却几乎拉不动一枚铜币？为什么光能穿过玻璃，却没有很用力地把原子挤开？答案是电磁相互作用有一个确定的强度，而这个强度由电荷决定。在量子电动力学里，一个物体的电荷同时也是它的'耦合'——这个数决定了它发射和吸收光子有多积极。电荷越大，耦合越强，与光以及与其他电荷的相互作用就越剧烈。

具体地说，每当一个电子发射或吸收一个光子，计算中就会乘上一个与电子电荷成正比的因子，记作 e。由于一个典型过程涉及两个这样的事件（一个电荷发射，另一个吸收），概率最终正比于 e 乘以 e，即 e 的平方。这个组合经过适当换算，就是精细结构常数 alpha，约为 1/137。这个数之所以小，正是为什么电磁力虽然主宰着我们的日常世界，在单个粒子层面却是一种相当温和的力，也正是为什么量子电动力学逐项的计算能够收敛。

耦合是把抽象理论连到可测实在的那个旋钮。电荷加倍的粒子与光子的耦合也加倍，表现出四倍的相互作用概率。这就是为什么带有正负三分之一或三分之二分数电荷的夸克，其电磁相互作用比电子弱；也是为什么像中微子这样电荷为零、耦合为零的中性粒子，会完全无视光子，因而极难被探测到。