Teoria quântica de campos

Quando queremos falar da materia e do seu comportamento no mundo do infinitamente pequeno, o das partículas, abordamos a teoria quântica de campos.
A teoria quântica de campos permite de compreende a física de partículas, onde em algumas situações, o número de partículas entrantes em uma porção de espaço, flutua e difere do número em saída.
O número de partículas muda quando, por exemplo, 1 átomo em um estado inicial da um átomo mais um fotão em um estado final. Em outras palavras, um fotão é subitamente puxado para fora do vácuo e apareceu no campo electromagnético.
A teoria quântica nos diz que no mundo real, tudo é "campo".
Nós banhamos completamente, para as profundezas de nós mesmos, nos campos, múltiplos, diversos, com características surpreendentes.
O campo é um conceito fundamental na física, ela é composta de nada otro, é o próprio que constitui o mundo real, os campos portam a energia de tudo que existe no universo, de átomos as grandes estruturas galácticas.
O magnetismo, a gravidade, a força nuclear, a luz e outros fenômenos físicos são portado ​​por campos.
O mais surpreendente é que materia a própria, a que fizemos, é composto por um conjunto de campos, elétrons e prótons, são eles próprios campos, e nós são feitas de campos, escapando a nossa intuição. Em outras palavras, somos feitos de um agregado fantasmagórico de partículas quânticas banhadas em campos. Esses campos carregam a energia das partículas por todo o espaço disponível ao seu redor.

Com o noção de campo, a visão da natureza das coisas é perturbante, a realidade torna-se estranho e escapa a nossos 5 sentidos. A realidade não explica-se simplesmente pela presença da matéria, mas também pelos intercâmbios e interações entre os objetos reais e os objetos virtuais dos campos quânticos de baixa energia.
No mundo quântico todas as partículas do modelo padrão, férmions e bósons surgem de vibrações em um campo. Este é também o conceito básico do funcionamento de aceleradores de partículas como o Large Hadron Collider, LHC.
Quando os cientistas querem ver uma partícula, podem causar colisões, cuja energia corresponde à partícula em questão.
Quarks e elétrons constituem a matéria ordinária, mas a materia acima do zero absoluto (-273,15 ° C) emite radiação, ou seja, luz que se move em um campo.
Cada tipo de férmions e cada tipo de bósons  tem seu próprio campo de Higgs, as partículas são consideradas como estados excitados desses campos. A dualidade onda-partícula da luz, foi estendido para elétrons em 1929 pelo matemático e físico francês Louis de Broglie (1892 − 1987), em seguida, a todas as partículas.
No entanto, a nossa mente precisa imagem do nosso mundo, para alimentar sua intuição e visualizar os conceitos, mas conceituar a quântica e todos os campos quânticos em que existimos não é fácil. Tudo é "campo" mas os campos quânticos que estão sistemas dinâmicos borbulhando e carregados, são todos os subconjuntos de campo gravitacional ou do campo eletromagnético, os dois únicos campos fundamentais da natureza.

Em física, um campo que é três coisas ligadas num sistema com um grande número de objetos.
A primeira é uma porção de espaço delimitado, a segunda é uma grandeza física mensurável, e o terceiro é uma relação que liga a porção de espaço a grandeza física.
Em outras palavras, um campo é preenchido de grandezas físicas, de objectos mensuráveis, ​​quantificáveis ​​utilizando um instrumento, onde cada ponto porção de espaço está ligado a grandeza física, por uma correspondência, ou um função. Por exemplo (ver imagem) a pressão atmosférica, a temperatura do ar, a velocidade do vento, mas também a chuva, o magnetismo, a gravidade, a radioactividade, podem ser representados por campos.
Os campos são escalar ou vetorial.
Um campo escalar é mensurável por uma grandeza simples, por exemplo, a temperatura ou a massa definida por uma grandeza física mensurável inteiramente por um único valor.
Um campo vetorial é associado com uma grandeza vectorial, isto é, uma grandeza onde um único valor não é suficiente, é necessário ter uma orientação que é uma direcção e um sentido como num campo de velocidades de vento.
Como representar um campo?
Para um campo escalar, você só precisa as áreas onde o valor é o mesmo como num campo de temperaturas ou pressões (1ª e 3ª imagem em miniatura).
Para um campo vetorial você só precisa as linhas do campo, onde cada ponto é um vetor campo tangente, como no campo da direcção do vento ou num campo magnético (2ª e 4ª imagem em miniatura).
A energia do campo desaparece no espaço, esta é a razão por que fora do campo eletromagnético gerado por uma estação de transmissão, já não captamos suas emissões e quando interrompemos brutalmente um campo eletromagnético, há uma faísca, que mostra que o campo contém bem uma energia.
E o campo quântico?
Na física quântica, ele não usa a noção de corpúsculo vez que as partículas quânticas não são corpúsculos mas grandezas matemáticas representadas por vetores de estado no espaço de Hilbert. Este conceito escapa à intuição. Como a visão é o sentido mais poderoso de nossos sentidos, é natural buscar imagens que facilitam a compreensão do campo quântico.

O campo quântico preenche todo o espaço, é um campo vetorial de partículas subatômicas cujo a grandeza é quantificada (tomada em um conjunto finito de valores) e a relação é uma função de onda (vetor de estado), ele que permite saber todas as informações do sistema e dá a cada partícula as propriedades típicas de interferência de uma onda. No mundo quântico todas as partículas no estado fundamental (não excitado) são ondas.
Se olharmos um campo de hádrons muito de perto, vemos partículas virtuais, partons (glúons e quarks) que se movem, aparecendo e desaparecendo no espaço vazio.
Se olharmos um campo portado pela força nuclear fraca, vemos bósons W e Z.
Se olharmos, um campo eletromagnético vemos fótons, e se pudéssemos olhar um campo gravitacional veríamos grávitons, mas a gravidade é uma força muito fraca, os grávitons são raros e difíceis de ver. Assim, as partículas virtuais e reais de materia banham nestes campos borbulhantes, ocasionalmente, transferindo suas energias. Isto é o que os cientistas provocam em um colisor. Em um colisor, quando um elétron e um pósitron se encontram, elas se aniquilam e transferem sua energia para o formigamento do vácuo, esta energia cria reais partículas materiais que saem do vácuo e aparecem alguns "momentos" em telas de computador.
Um campo é um sistema borbulhando, uma ondulação, uma vibração, uma oscilação, uma onda que tem um comprimento de onda e, consequentemente, uma frequência, e graças à engenhosa fórmula E = hv de Max Planck (1858 − 1947), um campo tem também energia (E é a energia de algo que move, h é a constante de Planck e ν, a letra grega nu, a frequência). Este binário, de energia e frequência, caracteriza o campo em cada ponto no espaço. Cada ponto no espaço permite o surgimento ou aniquilação de partículas.