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¿Qué es la teoría cuántica de campo?

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¿Recuerdas la dualidad onda-partícula? Increíble verdad? Bueno, es mejor que lo olvides. De hecho, no hay partículas ni ondas; Sólo campos. Tanto las “partículas” como las “ondas” son meramente dos maneras en las que ingenuamente interpretamos los campos cuánticos.

Hay un campo para cada tipo de partícula. Así que hay un campo para todos los fotones en el universo, un campo para todos los electrones, y así sucesivamente. Y estos campos existen en todas partes.

Para “extraer” una partícula de un campo, es necesario darle energía al campo. Si le das suficiente energía, el campo pasará a un estado de energía más alta. Estos estados son lo que interpretamos como partículas.

El punto en el campo donde le dió la energía se verá como una partícula, y como la energía se propaga a través del campo, se verá como la partícula se está moviendo.

Algunos campos requieren más energía que otros para crear una partícula. La cantidad de energıa es proporcional a la masa de la partícula asociada.

Por ejemplo, un bosón de Higgs es mucho más masivo que un electrón. Así que los electrones son muy fáciles de crear, pero los bosones de Higgs son muy difíciles de crear.

Por eso nos llevó tanto tiempo descubrir el bosón de Higgs. Tuvimos que construir una enorme máquina, el Large Hadron Collider, que era capaz de dar al campo de Higgs suficiente energía para crear bosones de Higgs.

La analogía de la máquina del caramelo

He aquí una analogía que me gusta usar. Piense en los campos como máquinas de dulces. Pones suficiente dinero, te dan un pedazo de caramelo. Pones más dinero adentro, obtienes otro caramelo.

El dinero en esta analogía es energía, y los caramelos son partículas. Así que si tienes suficiente energía puedes obtener tantas partículas como quieras.

Tenga en cuenta que el dinero (energía) siempre se conserva: si tiene 10 monedas y pone 5 en la máquina, ahora tiene 5 monedas y la máquina tiene otras 5, pero el número total de monedas sigue siendo 10!

Sin embargo, el número de caramelos (partículas) no se conserva: se pueden comer y desaparecer, o la fábrica hace nuevos (y el tipo de mantenimiento viene y se repone en la máquina).

Hay 18 máquinas de este tipo (de las que sabemos). Puedes ir, por ejemplo, a la máquina de electrones, pagar algo de dinero y obtener un electrón. Y entonces usted puede ir a la máquina de fotones, pagar alguna otra cantidad de dinero, y obtener un fotón.

Crucialmente, los campos también interactúan e intercambian energía entre sí. Piense en una intrincada red de tubos entre las diferentes máquinas, que pueden transferir monedas de una máquina a otra.

Sin embargo, estos intercambios ocurren todos dentro de los tubos, ocultos a la vista. No se intercambian caramelos reales en el proceso. Lo mismo sucede con los campos: interactúan entre bastidores, no intercambiando partículas, sino intercambiando energía entre ellas.

Por supuesto, una explicación apropiada debería incluir ecuaciones que justifican su viabilidad, etc. pero esta es sólo una explicación introductoria para aquellos que se encuentren maravillados de los avances que las ciencias físicas han hecho desde Newton.


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Guillermo_Cuadra

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