Otras carreras campos y partículas

[Pola]

Buenos días y felices vacaciones para todos.

Tengo una duda. Igual es una tontería, pero me pregunto si los campos son consecuencia de las partículas o si las partículas son consecuencia de los campos. O si son la misma cosa.

[The Higgs Particle]

Hola, Pola. Los campos cuánticos son los únicos objetos fundamentales, las partículas son meramente excitaciones (cuantizadas) de éstos.

Como una curiosidad, Englert, Brout y Higgs desarrollaron en los 60 de forma independiente pero simultánea sus trabajos exlpicando lo que hoy conocemos como el mecanismo de (Englert-Brout) Higgs, postulando la existencia de un campo fundamental escalar que permea todo el universo. Sin embargo, solo Peter mencionaba en su artículo explícitamente a la partícula, una de las razones por las cuales lleva su nombre, y no la de los otros dos fícios. Y cuando les preguntaron a Englert y Brout por qué ellos en sus papers no la mencionaron, su respuesta fue "bueno, es que era evidente que [existiendo el campo], tenía que existir".

[Pola]

Muchas gracias por la respuesta. sin mucho conocimiento, pensaba que lo importante eran los campos. Pero ahora me surge una duda que es el origen de mi pregunta.

Nunca he entendido muy bien la fuerza fuerte. Ya pregunté por ella en una ocasión para que me explicarais el porqué de esa diferencia entre la fuerza fuerte mediada por gluones que afecta a los quarks y la fuerza fuerte mediada por piones que afecta a los protones.

Resulta que si uno piensa en un átomo de hidrógeno, sólo hay un protón. Por tanto no hace falta que actúe la fuerza fuerte mediada por piones.

Si uno se pregunta por qué, la respuesta inmediata es que porque sólo hay un protón.

Pero entonces la existencia de la fuerza fuerte depende de las partículas, no de los campos.

¿Dónde esta mi error?

[Nitrogenetics]

Muy buenas,

El campo fuerte no aparece o desaparece según haya protones, es un campo fundamental, el campo de gluones, junto con los campos de quarks. Esos campos están ahí independientemente de que tengas un protón,dos protones, o incluso que no tengas ninguno jeje. Lo que cambia es el estado del campo y las partículas presentes en él, y por tanto qué procesos pueden ocurrir.

[Pola]

Gracias por la respuesta.
La verdad, no acabo de verlo.
Si cambio "campo" por "estado del campo" creo que se mantiene la pregunta. El "estado del campo" cambia según las partículas que haya.
Quiero decir que si hay dos protones, el estado del campo cambia y hay piones. Si no hay dos protones, entonces no cambia.
No?
Quiero decir que el campo siempre está ahí. Vale. El campo de la fuerza fuerte siempre está ahí.
Como siempre hay quarks, siempre hay gluones. Pero resulta que si sólo hay un protón, entonces no hay piones. Pero si hay dos protones, entonces si los hay. Pues da la impresión de que es la existencia de otras partículas lo que hace que el campo se active.
Y gracias a "The Higgs particle" por su respuesta.

[Nitrogenetics]

Gracias por la respuesta.
La verdad, no acabo de verlo.
Si cambio "campo" por "estado del campo" creo que se mantiene la pregunta. El "estado del campo" cambia según las partículas que haya.
Quiero decir que si hay dos protones, el estado del campo cambia y hay piones. Si no hay dos orotones, entonces no cambia.
No?

Vale, vamos a separar, o al menos a intentarlo, los conceptos clave.

- El campo: el campo de gluones existe SIEMPRE, aunque no haya ningún gluón, es un "tejido" que está ahí, es la realidad misma, los campos son fundamentales, las partículas son excitaciones del mismo, pero aunque no haya partículas, hay campo. Es decir, la relación clave aquí sería que, sin campo no puede haber partículas, pero puede haber campo sin partículas. ¿Por qué? Pues porque el campo puede no estar excitado (no hay partículas) pero sigue habiendo un campo. Ten en cuenta que esto es un poco reduccionista, para entender la idea clave, pero en esencia quédate con que hay campo sí o sí.

- El estado del campo: esto sí depende de las partículas, que en realidad, son excitaciones del propio campo, por lo que aquí sí hay una relación directa. Aquí estamos midiendo, de hecho, las partículas, el estado del campo es una medición en un momento concreto, al medirlo podemos medir las partículas y las configuraciones que hay en ese instante.

- Las partículas como tal en cuántica: Son las excitaciones de los campos, excitaciones cuantizadas, como lo es el fotón del campo electromagnéticp por ejemplo, puede no haber, el campo no depende de ellas.

- La interacción: Es cómo los campos se influyen entre sí, y ojo porque aquí creo que hay un concepto que te está confundiendo, que una interacción exista no implica que sí o sí tenga que estar ocurriendo permanentemente, el campo puede existir perfectamente aunque en un momento dado no exista interacción (medible u observable al menos) entre partículas.

Ahora que ya tenemos esto, cuando hay un sólo protón, no es que no exista la "fuerza fuerte" o que haya desaparecido, sigue ahí. Es más, el propio protón depende de la fuerza fuerte para mantener su estructura interna: sus tres quarks de valencia son 2 up y 1 down, y el protón es un estado ligado de quarks y gluones (la estructura es bastante más compljea, pero quedémonos con esta idea para no liarnos más). Lo que ocurre es que no hay un segundo nucleón con el que pueda producirse una interacción entre nucleones y esa interacción entre nucleones la que describimos valiéndonos del intercambio de piones.
Es decir, para que exista una interacción entre dos nucleones necesitas tener dos nucleones. Es como si tú intentar cambiar cromos con alguien pero estás solo y no tienes con quién intercambiar, dicho de forma gráfica aunque luego haya cosas más complejas, pero en esencia quédtae con esa imagen.
Además, tampoco confundamos algo que parece intuitivo pero en realidad lía mucho: no es que aparezcan piones porque haya dos protones. Los piones son una forma efectiva de describir la interacción entre nucleones,no son el campo fuerte fundamental, no son fundamentales, no es´tan siempre ahí como sí lo están los cam`pos.
A nivel fundamental, la interacción fuerte se describe mediante la cromodinámica cuántica, con quarks y gluones pero cuando hablamos de los nucleones, aparecen los piones, es la herramienta que usamos para describir esas interacciones.
Por no enrollarme más estado del campo depende de las partículas que haya. Lo que no depende de ellas es la existencia del campo. Y que una determinada interacción sea posible o relevante depende del estado físico en sí.

[The Higgs Particle]

Al comentario de Nitrogenetics, con el que estoy completamente de acuerdo solo remarcaría de nuevo que, en teoría cuántica de campos, lo fundamental son los campos cuánticos, no las partículas. Las partículas son únicamente excitaciones cuantizadas de esos campos. Por ejemplo, un electrón es una excitación del campo de electrones; no es necesario que existan electrones para que exista el campo electrónico. Los campos existen sin partículas, pero no hay partículas sin su campo cuántico del que emergen como excitación.
De hecho, los campos cuánticos no son relevantes únicamente cuando están excitados y aparecen lo que conocemos como partículas, sino que el propio estado de vacío puede tener una estructura física no trivial, y mucha importancia en el mundo que vemos. Por ejemplo, el campo de Higgs posee un mínimo de potencial (valor esperado en el vacío), donde no hay partículas de Higgs reales, $\langle \phi \rangle \neq 0$, que forma parte de la explicación del origen de las masas de las partículas y del que depende el futuro cosmológico del universo. Es decir, incluso cuando no hay partículas reales de Higgs presentes, el campo y su estado de vacío siguen teniendo consecuencias físicas observables.
Eso es un ejemplo extraordinariamente claro de que los campos y su estado cuántico son más fundamentales que las partículas (que emergen de éstos).


Por otro lado, es importante distinguir un grado de libertad efectivo de uno fundamental, como Nitrogenetics ya ha dicho. Es parecido a lo que ocurre con un corazón: es en esencia solo un conjunto (enormemente complejo) de células que interactúan entre sí, pero a nuestra escala resulta mucho más útil describirlo como un órgano que seguir la dinámica de cada célula individual, porque ni siquiera sabemos cómo hacerlo. Decimos entonces que el corazón es una descripción efectiva. Lo mismo en QCD: los campos fundamentales son los campos cuánticos de quarks y gluones. Los protones, neutrones y piones son grados de libertad efectivos que resultan relevantes a bajas energías como las del mundo enfriado en el que vivimos (debido a que es no perturbativo y al confinamiento, pero eso son detalles técnicos). Por eso, cuando hablamos de una fuerza nuclear mediada por piones, no estamos hablando de una fuerza fundamental distinta de la QCD, sino de una descripción efectiva de la misma interacción. Un protón o un pión no son campos fundamentales independientes de los quarks y gluones, sino grados de libertad efectivos de éstos. Por tanto, no es que el campo de la fuerza fuerte se “active” cuando "aparecen" dos protones: los campos fundamentales están siempre presentes; lo que cambia es el estado del sistema y con ello qué grados de libertad resultan útiles que los describamos.

[javisot20]

Buenos días y felices vacaciones para todos.

Tengo una duda. Igual es una tontería, pero me pregunto si los campos son consecuencia de las partículas o si las partículas son consecuencia de los campos. O si son la misma cosa.

Alguien de teoría de cuerdas te dirá que lo fundamental son las cuerdas y que la teoría cuántica de campos se conecta con la teoría de cuerdas vía AdS=CFT. Antes de 1927 (aprox) la consigna era "lo fundamental son las particulas, despues de 1927 la consigna comenzó a cambiar a "lo fundamental son los campos". En la actualidad la consiga toma la forma de "lo fundamental son las cuerdas", no sin polémica.

[pod]

Alguien de teoría de cuerdas te dirá que lo fundamental son las cuerdas y que la teoría cuántica de campos se conecta con la teoría de cuerdas vía AdS=CFT. Antes de 1927 (aprox) la consigna era "lo fundamental son las particulas, despues de 1927 la consigna comenzó a cambiar a "lo fundamental son los campos". En la actualidad la consiga toma la forma de "lo fundamental son las cuerdas", no sin polémica.

También existe la teoría de campos de cuerda (si alguien tiene una mejor traducción de String Field Theory...), donde lo fundamental son los campos y las cuerdas son excitaciones del campo.

[javisot20]

También existe la teoría de campos de cuerda (si alguien tiene una mejor traducción de String Field Theory...), donde lo fundamental son los campos y las cuerdas son excitaciones del campo.

Campos cuerdísticos los suelen llamar, efectivamente es una conexión entre QFT y ST. QFT se obtiene de ST como una aproximación, en el límite en que la longitud de onda es mucho mayor que la longitud de la cuerda. (Suelo nombrar primero AdS=CFT al parecerme una conexión más profunda)

La pregunta de Pola podemos dividirla en dos preguntas:

-¿Qué es lo más fundamental?. A día de hoy son las cuerdas y branas, tal vez los campos cuerdísticos.

-¿Qué es más fundamental?, ¿los campos cuánticos o las partículas?. Respuesta= los campos cuánticos.

[The Higgs Particle]

Teniendo en cuenta que todo eso son teorías no comprobadas, creo que es mejor dejar esta discusión para otro momento, y que Pola se quede con la idea principal de lo que sí estamos seguros dado nuestro conocimiento actual