Teoria cuantica de campos

Teoría cuántica de campos
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La teoría cuántica de campos (o QFT por Quantum Field Theory) es un marco teórico que aplica los principios de la mecánica cuántica a los sistemas clásicos de campos continuos, como por ejemplo el campo electromagnético. Mediante este formalismo puede describirse la evolución e interacciones de unsistema compuesto de partículas cuánticas cuyo número no es constante, esto es, que pueden crearse o destruirse.


La dispersión inelástica de neutrones en un cristal es el resultado de la interacción del neutrón con los átomos de la red en vibración. El proceso se modela de manera más sencilla al considerar los cuantos de las ondas sonoras del cristal, los fonones, ya que los procesos relevantesinvolucran sólo dos cuerpos: el neutrón y un fonón absorbido o emitido por el primero. La teoría cuántica de campos es el marco teórico que se utiliza en tales procesos.
Su principal aplicación es a la física de altas energías, donde se combina con los postulados de la relatividad especial. En ese régimen es capaz de acomodar todas las especies de partículas subatómicas y sus interacciones, asícomo de realizar predicciones muy genéricas, como la relación entre espín y estadística, la simetría CPT, la existencia de antimateria, etc. Además es una herramienta importante en el contexto de la física de la materia condensada, donde se utiliza para explicar fenómenos como la superconductividad.
En particular, la teoría cuántica del campo electromagnético, conocida como electrodinámicacuántica, fue el primer ejemplo de teoría cuántica de campos que se estudió y es la teoría física probada experimentalmente con mayor precisión.1 Los fundamentos de la teoría de campos cuántica fueron desarrollados entre el fin de los años 20 y los años 50, notablemente por Dirac, Fock, Pauli, Tomonaga, Schwinger, Feynman, y Dyson.
(La palabra «partícula» se utiliza a nivel introductorio en mecánicacuántica para enfatizar al comportamiento clásico de un punto material. En este artículo «partícula» se refiere a la entidad puramente cuántica resultante de cuantizar el punto material, que posee el comportamiento denominado como dualidad onda-corpúsculo, como un electrón o un fotón)
Historia
Artículo principal: Historia de la teoría cuántica de campos


En 1947, la conferencia de ShelterIsland sobre fundamentos de la mecánica cuántica2 juntó a diversos físicos teóricos especialistas en teoría cuántica de campos. En ella se presentaron resultados preliminares sobre la medición del ahora llamado efecto Lamb, que sólo pudo ser entendido una vez desarrollada la idea de renormalización.
El desarrollo de la teoría cuántica de campos se llevó a cabo simultáneamente con el de la propiamecánica cuántica.3 La versión relativista de la ecuación de Schrödinger, conocida ahora como ecuación de Klein-Gordon fue descrita por el propio Schrödinger en 1926. Dirac derivó la ecuación con su nombre en 1928. Entre 1930 y 1931, él mismo sugirió la idea de antimateria (antielectrones en particular), para interpretar ciertos problemas de consistencia que conlleva su ecuación (idea que no seaplicaba para problemas similares en la ecuación de Klein-Gordon).
Por otro lado, en 1926 Werner Heisenberg, Pascual Jordan y Max Born calcularon el espectro de energías de la radiación en ausencia de cargas (el problema del cuerpo negro), en el primer ejemplo de teoría cuántica de campos, aplicada al campo electromagnético. En la llamada segunda cuantización, se reformularon las ecuaciones mencionadasanteriormente, de tal manera que describían campos cuánticos (no funciones de onda de partículas individuales). Esta reinterpretación fue llevada a cabo por Heisenberg, Wolfgang Pauli, Vladimir Fock, Wendell Furry, Robert Oppenheimer y Victor Weisskopf.
A pesar de sus éxitos iniciales, la teoría cuántica de campos estaba plagada de problemas teóricos muy serios. Muchas cantidades físicas en...