Quạntentheorie

Die Relativitätstheorie muss bei sehr schnellen Teilchen, deren Geschwindigkeit mit der des Lichts vergleichbar ist, exakt berücksichtigt werden. Dies geschieht in der Quantentheorie der Wellenfelder (Quantenfeldtheorie), die die Elementarteilchen mit ihren Wechselwirkungen und Reaktionen (auch Erzeugung und Vernichtung von Teilchen) beschreibt. In der relativistischen Quantenelektrodynamik (QED) werden die Feldgleichungen der klassischen Elektrodynamik, die Maxwell'schen Gleichungen, durch Einführung von Quantenbedingungen so umgedeutet, dass dem elektromagnetischen Feld die Lichtquanten (Photonen) zugeordnet sind. Die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen wird in der QED durch den Austausch von Photonen vermittelt. Weitere Beispiele für relativistische Quantenfeldtheorien sind die Glashow-Salam-Weinberg-Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung mit den W^±- und Z⁰-Bosonen als Austauschteilchen sowie die Quantenchromodynamik (QCD) als Theorie der starken Wechselwirkung, in der die Farbladung der Quarks die Feldursache und die Gluonen die Feldquanten sind. Die Entwicklung dieser Quantentheorie der Wellenfelder ist noch nicht abgeschlossen. Eine allgemein anerkannte Große Vereinheitlichte Theorie (Grand Unified Theory, GUT) zur einheitlichen Beschreibung von starker, elektromagnetischer und schwacher Wechselwirkung liegt bisher nicht vor. Auch der experimentelle Nachweis des von verschiedenen GUTs vorhergesagten Protonenzerfalls gelang bisher nicht. Das Ziel, die Quantentheorie mit der allgemeinen Relativitätstheorie als Gravitationstheorie zu einer alle vier Grundkräfte umfassenden Theorie von Allem (Theory of Everything, TOE) zu vereinen, wird u. a. mit der Superstring-Theorie verfolgt.