24. L’électrodynamique quantique

L’électrodynamique quantique est la théorie quantique des champs de la force électromagnétique. Elle explique les interactions de la lumière avec la matière et est compatible avec la relativité restreinte. La version actuelle décrit comment des particules chargées interagissent en échangeant des photons et permet d’expliquer la structure fine du spectre de l’hydrogène, y compris les raies dues au spin de l’électron, l’effet Zeeman et le décalage de Lamb.
Les premières tentatives vinrent de Paul Dirac qui, à la fin des années 1920, essaya d’expliquer comment un électron émet ou absorbe un photon quand il perd ou gagne de l’énergie dans un atome d’hydrogène, produisant ainsi les raies spectrales observées. Dirac appliqua au champ électromagnétique l’idée des quanta d’énergie proposée par Max Planck. Il assimilait les quanta à de petits oscillateurs (des cordes en vibration ou des ondes stationnaires) et introduisit la notion d’interaction de particules au cours de laquelle des particules sont spontanément créées ou détruites.Progrès notable Pendant une dizaine d’années, les physiciens peaufinèrent cette théorie jusqu’à ce qu’ils ne puissent plus rien faire. Alors, ils durent se rendre à l’évidence : la théorie ne s’appliquait qu’au cas simple de l’atome d’hydrogène. Au-delà – pour les électrons de plus hautes énergies ou pour des atomes plus gros –, elle n’était plus applicable, la masse de l’électron se mettant à tendre vers l’infini. La validité de la théorie était remise en cause : la mécanique quantique et la relativité restreinte étaient-elles donc incompatibles …