Introducción a la teoría cuántica de campos

Introducción a la teoría cuántica de campos

Prólogo

Introducción

Micropartículas y sus interacciones

Concepto de campo cuántico

Un mismo campo cuántico describe todas las partículas (y antipartículas) de una clase dada presentes en el universo.

La interacción entre partículas se representa mediante la interacción de varios campos diferentes o de un mismo tipo eun un punto cualquiera del espaciotiempo.

Clase de partículas, interacción (en términos de simetrías gauge), concepto de campo, tipo de campo.

La forma en que los campos cuánticos interactúan está determinada por las simetrías existentes en la naturaleza.

La teoría de las partículas elementales (tres etapas):

1. Electrodinámica cuántica
2. Teoría cuántica de campos local
3. Principio dinámico de la simetría de gauge local o simetría de calibración

Nuevos conceptos: Conceptos físicos NO observables (número cuántico).

Partículas e interacciones

Las leyes que caracterizan la materia. (espacio de distancias). Proporciones geométricas de las partículas y su entorno. Estudiar el conjunto de distancias del sistema. Naturaleza del problema sobre el tamaño de la partícula. Estudio de las colisiones.

Reflexión:   La cuántica no es una ciencia en sí misma. Utiliza en gran medida la matemática pura o abstracta que es un lenguaje formal y no una ciencia. Entiendo por ciencia a disciplinas que utilizan una parte matemática cuantificable o mejor dicho la conversión final siempre es numérica y no algebraica. Recordar que la matemática se forma con tres grandes pilares, álgebra, geometría y cálculo o análisis numérico.

Sistema de unidades en física de partículas

Energía, impulso y masa   se miden  en  las mismas unidades (electronvoltio).

Las partículas se clasifican en dos tipos según su espín

El nombre de espín viene de rotación en inglés («spin»).

1. Partículas de espín entero (unidades ħ)

2. Partículas de espín semientero ( 1/2, 3/2, …)

Intervienen exclusivamente en las interacciones electromagnéticas, débiles y gravitatorias.

Toda una clase está dedicada a las partículas de espín semientero 1/2, estas partículas se denominan leptones.

También se clasifican según la agrupación de las partículas

Leptones

• Electrón, muon, leptón τ y los neutrinos correspondientes a cada uno de ellos.

• Mesones:     Son  los  hadrones  más  ligeros,  poseen espín  entero  (0,1,2,  etc)  y  cada mesón está formado por dos quarks, entre ellos tenemos los mesones TT (pión) y mesones K(kaón).
• Bariones:   Poseen espín fraccionario (1/2, 3/2, etc) y cada uno está formado por tres quarks. Entre los bariones tenemos al protón; neutrón, hiperón (lambda), hiperón (sigma), hiperón (cascada), hiperón (omega).
• Resonancias:   Partículas más pesadas que los bariones.

Portadores de las interacciones

• El gluon (de la voz inglesa glue ‘pegamento’, es el bosón portador de la interacción nuclear fuerte.
  
• Los fotones son portadores o mediadores de las interacciones electromagnéticas.
• Los bosones (intermedios) W y Z median la interacción nuclear débil. Son dos tipos de partículas fundamentales, muy masivas, que se encargan en general de cambiar el sabor de otras partículas, los leptones y los quarks.
  

Partículas elementales (sin estructura)

Fotón, leptones y los quarks.

Características de las partículas

La masa en reposo, el espín, la carga eléctrica, el tiempo de vida media. Relación en la ecuación relativista:

E ² – c ² p ²   =   m ² c ⁴

Propiedades de carácter discreto

Números cuánticos internos (regularidad de la interacción entre partículas):

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