En la terminología de la teoría cuántica de campos , un fantasma , un campo fantasma , una partícula fantasma o un fantasma de calibre es un estado no físico en una teoría de calibre . Los fantasmas son necesarios para mantener la invariancia de calibre en teorías donde los campos locales exceden un número de grados físicos de libertad .
Si una teoría dada es autoconsistente mediante la introducción de fantasmas, estos estados se etiquetan como "buenos". Los buenos fantasmas son partículas virtuales que se introducen para regularización , como los fantasmas de Faddeev-Popov . De lo contrario, los fantasmas "malos" admiten estados no virtuales no deseados en una teoría, como los fantasmas de Pauli-Villars que introducen partículas con energía cinética negativa.
Un ejemplo de la necesidad de campos fantasma es el fotón , que generalmente se describe mediante un potencial vectorial de cuatro componentes A μ , incluso si la luz tiene solo dos polarizaciones permitidas en el vacío. Para eliminar los grados de libertad no físicos, es necesario hacer cumplir algunas restricciones, una forma de hacer esta reducción es introducir algún campo fantasma en la teoría. Si bien no siempre es necesario agregar fantasmas para cuantificar el campo electromagnético , los campos fantasma son estrictamente necesarios cuando se trata de extensiones de la teoría Yang-Mills no abeliana del modelo estándar . [1] [2]
Un campo con un número fantasma negativo (el número de excitaciones fantasmas en el campo) se denomina anti-fantasma .
Buenos fantasmas
Fantasmas de Faddeev-Popov
Los fantasmas de Faddeev-Popov son campos anticonmutación extraños que se introducen para mantener la consistencia de la formulación integral de ruta . Llevan el nombre de Ludvig Faddeev y Victor Popov . [3] [4]
Bosones de Goldstone
Los bosones de Goldstone a veces se denominan fantasmas. Principalmente, cuando se habla de los bosones que desaparecen de la simetría espontánea, se rompe la simetría electrodébil a través del mecanismo de Higgs . Estos buenos fantasmas son artefactos de fijación de indicadores. Los componentes de polarización longitudinal de los bosones W y Z corresponden a los bosones Goldstone de la parte rota espontáneamente de la simetría electrodébil SU (2) ⊗ U (1) , que, sin embargo, no son observables. Debido a que esta simetría está calibrada, los tres posibles bosones Goldstone, o fantasmas, son "devorados" por los tres bosones gauge ( W ± y Z ) correspondientes a los tres generadores rotos; esto le da a estos tres bosones gauge una masa y el tercer grado de libertad de polarización necesario asociado. [5]
Malos fantasmas
Los "malos fantasmas" representan otro significado más general de la palabra "fantasma" en la física teórica: estados de norma negativa, [6] o campos con el signo incorrecto del término cinético , como los fantasmas de Pauli-Villars , cuya existencia permite la probabilidades de ser negativas violando así la unitaridad . [7]
Las partículas fantasma podrían obtener la simetría o romperla en campos de calibre. Las partículas del "fantasma bueno" en realidad obtienen la simetría al no cambiar el " lagrangiano que fija el calibre " en una transformación del calibre, mientras que las partículas fantasma malas rompen la simetría al traer la matriz G no abeliana que sí cambia la simetría, y este fue el razón principal para introducir las derivadas covariantes y contravariantes de calibre.
Condensado fantasma
Un condensado fantasma es una propuesta especulativa en la que un fantasma, una excitación de un campo con un signo incorrecto del término cinético, adquiere un valor de expectativa de vacío . Este fenómeno rompe espontáneamente la invariancia de Lorentz . Alrededor del nuevo estado de vacío , todas las excitaciones tienen una norma positiva y, por lo tanto, las probabilidades son positivas definidas.
Tenemos un campo escalar real φ con la siguiente acción
donde un y b son positivos constantes y
utilizando la convención de signos en la firma métrica (+, -, -, -) .
Las teorías del condensado fantasma predicen no gaussianidades específicas del fondo cósmico de microondas . Estas teorías han sido propuestas por Nima Arkani-Hamed , Markus Luty y otros. [8]
Desafortunadamente, esta teoría permite la propagación superluminal de información en algunos casos y no tiene límite inferior en su energía. Este modelo no admite una formulación hamiltoniana (la transformada de Legendre tiene varios valores porque la función de impulso no es convexa) porque es causal . Cuantificar esta teoría conduce a problemas.
Fantasma de Landau
El poste de Landau a veces se conoce como el fantasma de Landau . Nombrado en honor a Lev Landau , este fantasma es una inconsistencia en el procedimiento de renormalización en el que no hay libertad asintótica a grandes escalas de energía. [9]
Ver también
- Teorema sin fantasmas , relacionado con fantasmas malos
Referencias
- ^ Faddeev, Ludwig D. (2009). "Fantasmas de Faddeev-Popov" . Scholarpedia . 4 (4): 7389. Código Bibliográfico : 2009SchpJ ... 4.7389F . doi : 10.4249 / scholarpedia.7389 . ISSN 1941-6016 .
- ^ Becchi, Carlo Maria; Imbimbo, Camillo (26 de octubre de 2008). "Simetría Becchi-Rouet-Stora-Tyutin" . Scholarpedia . 3 (10): 7135. doi : 10.4249 / scholarpedia.7135 . ISSN 1941-6016 .
- ^ Faddeev, Ludwig D .; Popov, Victor N. (1967). "Diagramas de Feynman para el campo Yang-Mills". Physics Letters B . 25 (1): 29–30. Código Bibliográfico : 1967PhLB ... 25 ... 29F . doi : 10.1016 / 0370-2693 (67) 90067-6 . ISSN 0370-2693 .
- ^ Chen, WF (2008), "Teoría cuántica de campos y geometría diferencial", Int. J. Geom. Métodos Mod. Phys. , 10 (4): 1350003, arXiv : 0803.1340v2 , doi : 10.1142 / S0219887813500035 , S2CID 16651244
- ^ Griffiths, David J. (1987). Introducción a las partículas elementales . Nueva York: Wiley. ISBN 0471603864. OCLC 19468842 .
- ^ Hawking, Stephen W .; Hertog, Thomas (2002). "Viviendo con fantasmas". Physical Review D . 65 (10): 103515. arXiv : hep-th / 0107088 . Código bibliográfico : 2002PhRvD..65j3515H . doi : 10.1103 / PhysRevD.65.103515 . S2CID 2412236 .
- ^ Barras de Itzhak, John Terning. Dimensiones extra en el espacio y el tiempo . pag. 70.
- ^ Arkani-Hamed, Nima; Cheng, Hsin-Chia; Luty, Markus A .; Mukohyama, Shinji (29 de mayo de 2004). "Condensación fantasma y una modificación infrarroja constante de la gravedad". Revista de Física de Altas Energías . 2004 (5): 074. arXiv : hep-th / 0312099 . Código bibliográfico : 2004JHEP ... 05..074H . doi : 10.1088 / 1126-6708 / 2004/05/074 . ISSN 1029-8479 . S2CID 16844964 .
- ^ Daintith, John, ed. (2009). "Fantasma de Landau". Un diccionario de física (6ª ed.). Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 9780199233991. OCLC 244417456 .
enlaces externos
- Copeland, Ed ; Padilla, Antonio (26 de octubre de 2011). Harán, Brady (ed.). Partículas fantasma (video). Sesenta símbolos. Universidad de Nottingham .