Тип расходимости в квантовой теории поля, возникающий из-за безмассовых частиц с очень низкой энергией.Инфракрасная расходимость — это математическое «вздутие» в квантовой теории поля, возникающее, когда безмассовые частицы (например, фотоны) испускаются со сколь угодно малой энергией. Эти расходимости появляются в расчётах процессов рассеяния, угрожая сделать предсказания бесконечными и бессмысленными. Однако они не являются физическими катастрофами — они отражают невозможность детектирования частиц с точно нулевой энергией и устраняются суммированием по всем возможным нерегистрируемым излучениям.
Инфракрасные расходимости были впервые идентифицированы в квантовой электродинамике в 1930-х годах Феликсом Блохом и Арнольдом Нордсиком, которые показали, что они сокращаются при учёте испускания мягких фотонов. Полная трактовка была уточнена другими исследователями в 1950-х годах.
Когда заряженная частица ускоряется, она испускает фотоны. В квантовых расчётах необходимо суммировать по всем возможным испусканиям фотонов, включая те, что имеют исчезающе малую энергию. Сумма расходится логарифмически, когда энергия фотона стремится к нулю. Решение, разработанное в 1930–1950-х годах, заключается в признании того, что любой реальный детектор имеет конечное энергетическое разрешение, поэтому необходимо включать все излучения ниже этого порога. При правильном подходе расходимости сокращаются, давая конечные, измеримые предсказания.
Понимание инфракрасных расходимостей необходимо для точных расчётов в физике частиц, например, для предсказания свойств струй в экспериментах на коллайдерах в ЦЕРНе.
Инфракрасные расходимости тесно связаны с тем фактом, что фотоны безмассовы — если бы фотоны имели хотя бы крошечную массу, эти бесконечности исчезли бы, но тогда скорость света зависела бы от длины волны, что противоречит наблюдениям.
