Un type de divergence en théorie quantique des champs qui provient de particules sans masse de très basse énergie.La divergence infrarouge est une explosion mathématique en théorie quantique des champs qui se produit lorsque des particules sans masse (comme les photons) sont émises avec une énergie arbitrairement basse. Ces divergences apparaissent dans les calculs des processus de diffusion, menaçant de rendre les prédictions infinies et dénuées de sens. Cependant, elles ne constituent pas des catastrophes physiques — elles reflètent l'impossibilité de détecter des particules parfaitement d'énergie nulle et sont résolues en sommant sur toutes les émissions indétectables possibles.
Les divergences infrarouges ont été identifiées pour la première fois en électrodynamique quantique dans les années 1930 par Felix Bloch et Arnold Nordsieck, qui ont montré qu'elles s'annulent lorsqu'on tient compte de l'émission de photons mous. Le traitement complet a été affiné par d'autres dans les années 1950.
Lorsqu'une particule chargée accélère, elle émet des photons. Dans les calculs quantiques, il faut sommer sur toutes les émissions de photons possibles, y compris celles d'énergie infinitésimale. La somme diverge logarithmiquement lorsque l'énergie du photon tend vers zéro. La résolution, développée dans les années 1930-50, consiste à reconnaître que tout détecteur réel a une résolution énergétique finie, de sorte qu'il faut inclure toutes les émissions en dessous de ce seuil. Lorsqu'on procède correctement, les divergences s'annulent, donnant des prédictions finies et mesurables.
Comprendre les divergences infrarouges est essentiel pour des calculs précis en physique des particules, comme la prédiction des propriétés des jets dans les expériences de collisionneurs au CERN.
Les divergences infrarouges sont intimement liées au fait que les photons sont sans masse — si les photons avaient ne serait-ce qu'une minuscule masse, ces infinis disparaîtraient, mais alors la vitesse de la lumière dépendrait de la longueur d'onde, contredisant les observations.
