Teoría cuántica de campos

Cuando uno quiere hablar sobre la materia y su comportamiento en el mundo de lo infinitamente pequeño, las partículas, uno se acerca a la teoría cuántica de campos.
La teoría cuántica de campos permite entender la física de partículas, donde en algunos casos, el número de partículas entrantes en una porción del espacio, fluctúa y varía del número saliente.
El número de partículas cambió cuando, por ejemplo, 1 átomo en una condición inicial da 1 átomo y 1 fotón en un estado final. En otras palabras, un fotón ha salido de repente del vacío y ha aparecido en el campo electromagnético.
La teoría cuántica nos dice que en el mundo real, todo es "campo".
Nos bañamos enteramente, hasta lo más profundo de nosotros mismos, en campos, múltiples, diversos, con características sorprendentes.
El campo es un concepto fundamental en la física, no se compone de otra cosa, es el mismo que es el mundo real, los campos llevan la energía de todo lo que existe en el universo, de los átomos a las grandes estructuras galácticas.
El magnetismo, la gravedad, la energía nuclear, la luz y otros fenómenos físicos son llevado ​​por los campos.
Lo más sorprendente es que la materia en sí, la que hemos hecho, está constituido por un conjunto de campos, los electrones y los protones, son ellos mismos campos escapando a la intuición. En otras palabras, estamos hechos de un agregado de partículas cuánticas bañados en campos fantasmales que llevan la energía de las partículas en todo el espacio alrededor de ellas.

Con el concepto de campo, la visión de la naturaleza de las cosas es perturbadora, la realidad vuelve extraña y escapa a nuestros 5 sentidos. La realidad no es simplemente explica por la presencia de la materia, sino también por los intercambios y las interacciones entre los objetos reales y objetos virtuales de los campos cuánticos de baja energía.
En el mundo cuántico todas las partículas del Modelo Estándar, los fermiones y bosones surgen de vibraciones en un campo. Este es también el concepto básico del funcionamiento de los aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones, el LHC.
Cuando los científicos quieren ver una partícula, provocan colisiones cuya energía corresponde a la partícula en cuestión.
Los quarks y los electrones constituyen la materia ordinaria, peo la materia por encima del cero absoluto (-273,15 °C) emite radiación, es decir, de la luz que se mueve en un campo.
Cada tipo de fermión y cada tipo de bosón tiene su propio campo, las partículas son consideradas como estados excitados de estos campos. La dualidad onda-partícula de la luz, se ha extendido a los electrones en 1929 por el matemático y físico francés Louis de Broglie (1892 a 1987), a continuación, a todas las partículas.
Sin embargo, nuestra espíritu necesita de imagenes de nuestro mundo, para alimentar a su intuición y visualizar los conceptos, pero conceptualizar la cuántica y todos los campos cuánticos en el que existimos no es fácil. Todo es "campo" pero los campos cuánticos que están sistemas dinámicos burbujeandos y cargados, son todos los subconjuntos del campo gravitacional o del campo electromagnético, los únicos dos campos fundamentales de la naturaleza.

En física, un campo que es tres cosas conectadas en un sistema con un gran número de objetos.
La primera es una porción de espacio delimitado, la segunda es una cantidad física medible, y el tercero es una relación entre la porción de espacio y la cantidad física.
En otras palabras, un campo es llenado con cantidades físicas, objetos medibles cuantificables utilizando un instrumento, donde cada punto de la porción de espacio está vinculada a la cantidad física por una correspondencia, o una función. Por ejemplo (ver imagen) la presión atmosférica, la temperatura del aire, la velocidad del viento, sino también la lluvia, el magnetismo, la gravedad, la radiactividad, pueden ser representados por los campos.
Los campos son escalares o vectoriales.
Un campo escalar es medible por una cantidad sencilla por ejemplo, la temperatura o la masa definida por una cantidad física medible en su totalidad por un único valor.
Un campo vectorial se asocia con una cantidad vectorial, es decir, una cantidad de los cuales sólo un valor no es suficiente, hay que una orientación que es una dirección y un sentido como en un campo de velocidad viento.
¿Cómo representar un campo?
Para un campo escalar hay que simplemente representar las áreas en las que el valor es el mismo, como en un campo de temperaturas o de presiones (1ª y 3ª miniatura).
Para un campo vectorial hay que simplemente representar las líneas de campo, donde cada punto es un vector de campo tangente, como en el campo de la dirección del viento o en un campo magnético (2ª y 4ª miniatura).
La energía del campo se pierde en el espacio, esta es la razón por fuera del campo electromagnético generado por una estación de radiodifusión, ya no capta todas las emisiones y cando se interrumpe brutalmente un campo electromagnético, hay una chispa mostrando que el campo contiene así una energía.
Y el campo cuántico?
En la física cuántica, no utiliza el concepto de corpúsculo ya que las partículas cuánticas no son corpúsculos pero cantidades matemáticas representadas por vectores de estado en el espacio de Hilbert. Este concepto se escapa a la intuición. La visión es el más poderoso sentido de nuestros sentidos, es natural a buscar imágenes que facilitan la comprensión del campo cuántico.

El campo cuántico llena todo el espacio, es un campo vectorial de partícula subatómica cuyo la cuantidad se cuantifica (tomada en un conjunto finito de valores) y la relación es una función de onda (vector de estado), lo que permite conocer toda la información del sistema y da a cada partícula propiedades de interferencia típicas de una ola. En el mundo cuántico todas las partículas en el estado fundamental (no excitado) son ondas. Si nos miramos un campo de hadrones muy cerca, vemos partículas virtuales, partones (gluones y quarks) que se mueven, que aparecen y desaparecen en el espacio vacío. Si nos miramos un campo llevado por la fuerza nuclear débil, vemos bosones W y Z. Si miramos un campo electromagnético vemos fotones, y si pudiéramos ver a un campo gravitatorio veríamos gravitones, pero la gravedad es una fuerza débil, gravitones son raras y difíciles de ver.
De este modo, las partículas virtuales y reales de materia bañan en estos campos burbujeantes, transfiriendo de vez en cuando su energía. Esto es lo que los científicos provocan en un colisionador. En un colisionador, cuando un electrón y un positrón se encuentran, se aniquilan y transfieren su energía al hormigueo del vacío, esta energía crea reales partículas materiales que salen del vacío y aparecen unos "momentos" en las pantallas de ordenadores.
Un campo es un sistema de burbujeo, una ondulación, una vibración, una oscilación, una ola que tiene una longitud de onda y por lo tanto una frecuencia, y gracias a la fórmula ingeniosa e=hv de Max Planck (1858 − 1947), una campo tiene también una energía (e es la energía de algo que se mueve, h es la constante de Planck y ν la letra griega nu, la frecuencia). Este par, energía y frecuencia, caracterizan el campo en cada punto en el espacio. Cada punto en el espacio permite la aparición o la aniquilación de partículas.