Kwantumelektrodynamica lijkt veel op het bakken van een cake, en vervolgens proberen de afzonderlijke ingrediënten uit elkaar te halen. Minstens, dat is wat natuurkundige Dr. Ulrich Jentschura gelijkstelt aan het proces van het creëren van een vergelijking die de voorspelde massa's van deeltjes en antideeltjes tegelijkertijd kan koppelen.

"Het is een beetje alsof je probeert een reeds gebakken kersencake uit elkaar te halen en de ingrediënten te scheiden, " zegt Jentschura, een professor in de natuurkunde aan de Missouri University of Science and Technology. "Je kunt de kersen van de bovenkant plukken, maar je kunt het beslag van eieren niet scheiden, meel en suiker."

Met financiering van de National Science Foundation, Jentschura en zijn onderzoeksteam proberen de Dirac-vergelijking uit elkaar te halen, die tegelijkertijd deeltjes en antideeltjes beschrijft - antideeltjes zijn de overeenkomstige antimaterie met dezelfde massa en tegengestelde lading van deeltjes. De goocheltruc die de taart uit elkaar haalt, is een transformatie die is bedacht door twee andere natuurkundigen, Foldy en Wouthuysen, in de jaren vijftig. Echter, deze truc was nooit consequent toegepast op Dirac-deeltjes binnen de context van Einsteins formulering van zwaartekracht.

De vergelijking uit elkaar halen, Jentschura en zijn team waren in staat om aan te tonen dat deeltjes en bijbehorende antideeltjes op precies dezelfde manier aan zwaartekracht koppelen - wat betekent dat hun traagheids- en zwaartekrachtmassa hetzelfde zijn. Op voorwaarde dat de Dirac-vergelijking geldt, deeltjes en antideeltjes moeten dezelfde massa hebben en het Einstein-equivalentieprincipe moet gelden voor antimaterie. Dit besef heeft fundamentele gevolgen voor antimaterie-experimenten die momenteel worden uitgevoerd in natuurkundige laboratoria over de hele wereld.

Jentschura en zijn team hebben eerder kwantumelektrodynamische effecten in atomen bestudeerd, en verkregen theoretische voorspellingen voor energieniveaus in waterstof en deuterium, waarvoor Jentschura in 2013 werd verkozen tot Fellow van de American Physical Society.

"Quantum-elektrodynamica biedt veel meer inzichten dan alleen de kwantummechanica, ", zegt Jentschura. "Het is alsof je huisreparaties probeert uit te voeren zonder een multitool, het maakt het werk gewoon een stuk makkelijker."

Naast zijn onderzoek, Jentschura schreef een nieuw leerboek met de titel "Advanced Classical Electrodynamics, " die binnenkort zal worden gepubliceerd door World Scientific Publishing. Hij zegt dat hij het boek heeft ontwikkeld op basis van zijn ervaringen met het onderwijzen van elektrodynamica aan afgestudeerde studenten.

"Het huidige boek dat we in de klas gebruiken is een oude 1, 000 pagina's tekst die je in vijf maanden moet verwerken, " zegt Jentschura. "Dat is te veel voor iedereen; je zou het vijf jaar kunnen bestuderen in plaats van maanden. Hopelijk zal het nieuwe boek de klas voor studenten verlichten, die de klas altijd beoordelen als een van de meest gevreesde om door te gaan."