campos escalares

Para lograr un mejor entendimiento sobre los campos escalares en una descripción sintetizada, es oportuno recapitular algunos conceptos importantes. Según la relatividad de Einstein, la materia del cosmos engendra una curvatura del espacio. Las observaciones astronómicas, directas e indirectas, muestran, por una parte, que la cantidad de materia que se puede distinguir de universo no esabundante y, por otra, que la curvatura es ciertamente débil. Hasta aquí, todo parece concordar.
Hay una diferencia importante entre estos dos campos. Para el primero, un solo número describe cada punto del espacio: la temperatura en grados; por ejemplo, 27° C. Para la velocidad, hay que disponer no sólo de la intensidad (km/s), sino también de la dirección de la corriente. Se necesita tres cifras. Enel primer caso, se habla de un campo escalar. En el segundo, de un campo vectorial. Hay igualmente campos tensoriales (nueve cifras) y campos espinoriales (dos cifras).



CAMPOS ESCALARES Y VACÏOS CUÄNTICOS
Figura 16.03.01.01.-
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Imagen: Dpto. de artes visuales de la Universidad de Stanford

El concepto de campo, en el marco de la física cuántica, asume unaconnotación particular. En efecto, la luz, por ejemplo, se describe a la vez en términos de partículas (fotones) y como un campo vectorial, que corresponde al electromagnético. Cada variedad de partículas del cosmos (fotones, electrones, neutrinos, quarks, etc.) tiene su campo asociado. Los fotones, las W Y Z y los gluones, de espín unidad, tienen campos vectorales. Los piones tienen campos escalares.Los electrones, neutrinos quarks, de espín 1/2, tienen campos espinoriales. Estos campos no están aprisionados a un determinado volumen; ocupan todo el espacio. Están uniformemente distribuidos a lo largo y ancho del cosmos.
Estamos hablando de campos que, antes del descubrimiento de la física cuántica, se asociaban a grandes cantidades de energía desconocida. Sin embargo, hoy día, se investigancon mucha detención para evaluar sus efectos en la expansión del cosmos. Por ello, la cosmología tuvo que adquirir los nuevos descubrimientos de la investigación en laboratorio e integrarlos en su visión de la naturaleza universal.
Por otra parte, se trata de campos relacionados a la noción de vacío cuántico. Habitualmente, «generar un vacío» en un volumen dado consiste en evacuar todo lo quecontiene: masas y energías. Incluso si en la práctica es imposible una evacuación completa, se cree que sí es teóricamente factible. Hasta principios del siglo veinte los físicos pensaban que estaban certeros de qué hablaban cuando empleaban la palabra «vacío». Para ellos, el vacío era igual como lo considera la generalidad de los seres humanos, o sea, un espacio sin nada.
La energía de un campocuántico en un volumen dado depende del número de partículas que contiene. Mientras más fotones, más elevada la energía del campo electromagnético. Pero, ¡cuidado!, aquí nos salimos de lo que comúnmente se considera sentido común: un campo aunque tenga «cero» partículas no está vacío. ¿Cómo es eso? Bueno, ¡su energía no es nula! Hay una energía residual que no puede extraerse. Esas energías sonlas que acaparan ahora mucho la atención de los físicos, ya que cada uno de los campos asociados a las partículas ordinarias de la física contribuye de esta manera a lo que se denomina «energías del vacío».
Pero ¿cómo se sabe de la existencia de esas energías? Se manifiestan indirectamente por efectos sutiles. En el caso del campo electromagnético, por ejemplo, la energía residual influye demanera mesurable en la estructura de los átomos. En efecto, la energía residual del campo electromagnético provoca un ligero desplazamiento de la posición de los niveles de energía de los átomos de hidrógeno. Este efecto observado lleva el nombre de Lamb-shift por el físico David Lamb, que lo midió primero. Se trata de un fenómeno provocado por el rápido aniquilamiento que se produce en la permanente...