Teoría cuántica de campos
En física teórica , la teoría cuántica de campos ( QFT ) es un marco teórico que combina la teoría clásica de campos , la relatividad especial y la mecánica cuántica . [1] : xi QFT se utiliza en física de partículas para construir modelos físicos de partículas subatómicas y en física de materia condensada para construir modelos de cuasipartículas .
QFT trata las partículas como estados excitados (también llamados cuantos ) de sus campos cuánticos subyacentes , que son más fundamentales que las partículas. Las interacciones entre partículas se describen mediante términos de interacción en el lagrangiano que involucran sus correspondientes campos cuánticos. Cada interacción se puede representar visualmente mediante diagramas de Feynman de acuerdo con la teoría de la perturbación en la mecánica cuántica .
La teoría cuántica de campos surgió del trabajo de generaciones de físicos teóricos que abarcaron gran parte del siglo XX. Su desarrollo comenzó en la década de 1920 con la descripción de las interacciones entre la luz y los electrones , que culminó con la primera teoría cuántica de campos: la electrodinámica cuántica . Pronto siguió un gran obstáculo teórico con la aparición y persistencia de varios infinitos en los cálculos perturbativos, un problema que solo se resolvió en la década de 1950 con la invención del procedimiento de renormalización . Una segunda barrera importante vino con la aparente incapacidad de QFT para describir las interacciones débiles y fuertes., hasta el punto de que algunos teóricos pidieron el abandono del enfoque de la teoría de campo. El desarrollo de la teoría de gauge y la finalización del modelo estándar en la década de 1970 llevaron a un renacimiento de la teoría cuántica de campos.
La teoría cuántica de campos es el resultado de la combinación de la teoría de campos clásica , la mecánica cuántica y la relatividad especial . [1] : xi A continuación se ofrece una breve descripción de estos precursores teóricos:
La primera teoría de campos clásica exitosa es la que surgió de la ley de Newton de la gravitación universal , a pesar de la ausencia total del concepto de campos en su tratado de 1687 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica . La fuerza de gravedad descrita por Newton es una " acción a distancia ": sus efectos sobre los objetos lejanos son instantáneos, sin importar la distancia. En un intercambio de cartas con Richard Bentley , sin embargo, Newton declaró que "es inconcebible que la materia bruta inanimada, sin la mediación de otra cosa que no es material, opere y afecte a otra materia sin contacto mutuo". [2] : 4 No fue hasta el siglo XVIII que los físicos matemáticos descubrieron una descripción conveniente de la gravedad basada en campos: una cantidad numérica (un vector ) asignada a cada punto del espacio que indica la acción de la gravedad sobre cualquier partícula en ese punto. Sin embargo, esto se consideró simplemente un truco matemático. [3] : 18
Los campos comenzaron a cobrar existencia propia con el desarrollo del electromagnetismo en el siglo XIX. Michael Faraday acuñó el término inglés "campo" en 1845. Introdujo los campos como propiedades del espacio (incluso cuando está desprovisto de materia) que tiene efectos físicos. Argumentó en contra de la "acción a distancia" y propuso que las interacciones entre objetos se producen a través de "líneas de fuerza" que llenan el espacio. Esta descripción de campos permanece hasta el día de hoy. [2] [4] : 301 [5] : 2
