campos y partículas

[Pola]

Pero el pion no

[Pola]

Sigo dándole vueltas a ésta duda en ni cabeza. He preguntado a la IS si pueden existir campos sin partículas. Una vez me ha dicho que rotundamente no y dos veces me ha dicho que rotundamente si.

[Richard R Richard]

Hola, Pola, voy a ser menos riguroso por tanto chequea que todo lo que te diga sea una analogía aproximada.
Vamos a trabajar al inicio en $\mathbb R^2$ , para que sea mas facil, luego pasar a $\mathbb R^3$ es mas fácil. Un punto de vista sobre lo que es un campo, puede ser lo siguiente, imagina un plano infinito, le asocias un origen y un par de ejes de coordenadas perpendiculares. Ahora elijes un punto cualquiera del plano, e imagina al punto como una pequeña esfera que en su superficie puedes escribirle un número. Ahora imagina que a todos los infinitos puntos del plano le pudiste asignar un número. El conjunto de todos esos números asignados es el campo, tu puedes recuperar el valor del campo escogiendo un punto cualquiera y midiendo cuanto vale el campo en ese punto (digamos te inventas una maquina para leer todos los valores que le haz escrito a la pequeña superficie de la esfera).
Si no hay dudas hasta ahora podemos seguir diciendo que ese campo es escalar, si devuelve un único valor o un resultado en una dimensión, pero como dije bien podría asociarle a cada punto de ese plano el valor de un vector en varias dimensiones, por ejemplo una fuerza que tenga componentes en x,y,z,. Entonces cada punto del plano tiene asociada una terna igual o diferente en valores, tienes así un campo vectorial en este hipotético caso un campo de fuerzas.
Puedes modelar de esa manera por ejemplo la gravedad ,el campo eléctrico, el campo magnético, ya ves de donde vendría el nombre de campo, cada componente de cada campo estaría escrita en la superficie de la misma esfera.
Ahora puedes pasar de 2 a 3 dimensiones, solo con pensar que en cada punto del espacioo tridimensional, tiene asociado no uno sino muchos valores , algunos escalares y otros como componentes de vectores , por ejemplo en un punto del espacio puedes medir la temperatura,(un valor escalar) y también la gravedad(coomponentes de un vector aceleración), a la vez en ese punto medir el campo eléctrico el magnético pero también saber si allí está pasando un fotón ,un electrón , un protón , un gluon, midiendo los valores de su respectivo campo. Es decir el valor de un campo particular en un punto, es el conjunto de los valores, 1, 2, 3 o n valores de sus componentes registradas en ese punto.
Entonces puedes saber si en una región del espacio hay una partícula porque el valor de campo es diferente cuando la partícula está que cuando no está.
En realidad esto es diferente puedes considerar partículas a las exitaciones (variaciones temporales) de dicho campo, ejemplo burdo , si siempre en un punto el campo vale 1 y en determinado momento vale 2 , es porque allí está pasando una partícula.
Puedes extender esta idea en vez del espacio 3d hasta el espacio-tiempo relativista $\mathbb R^3_1$ y resulta entonces que todas las partículas pueden ser explicadas como exitaciones de determinados campos y que cumplen con la relatividad, la teoría que describe tales cosas sería la teoría cuántica de campos.

Así que si la IA no te debería decir que no nunca.

[Pola]

Muchas gracias por la explicación, Richard.. He releído con atención tu respuesta. Dejando aparte que hay en ella algunas cosas que me confunden (como el hecho de que hables de un plano con tres coordenadas x, y, z) creo que si te entiendo bien, lo que me explicas es que la variación del valor del campo en un punto cualquiera es una excitación de ése campo y que eso indica la presencia de una particula en ése punto.
Eso lo entiendo y estoy de acuerdo. Una partícula es la excitación de un campo en un punto. Independientemente de si hablamos en,2, 3,:n dimensiones.
Yo me pregunto si podríamos tener un campo sin excitación en ninguno de sus puntos. Un campo estable.
Eso teóricamente. Porque también me pregunto cuál es la diferencia en el campo de la fuerza fuerte en dos situaciones: una en el átomo de hidrógeno, dónde sólo hay un proton y otra en un átomo de helio donde hay dos protones.
Para mí, está claro que debe haber una diferencia. En el segundo caso hace falta un pion, (excitación del campo de la fuerza fuerte) que en el primer caso no hace falta.
Por eso supongo que en el primer caso el campo es estable. No hay ninguna excitación. Pero se me hace muy raro

[Richard R Richard]

Como este hilo esta en un subforo un poco mas laxo, y visto que que ya me he metido y no tengo todas las respuestas que buscas, te doy de una forma divulgativa las que creo saber, a la espera de que me corriijan si meto mas pronto que tarde la pata.

algunas cosas que me confunden (como el hecho de que hables de un plano con tres coordenadas x, y, z)

A ver si puedo pulir eso, imagina el plano como la superficie de un desierto, en un punto del desierto plantas un árbol de cierta altura, el árbol está en la posición $(x,y)$ pero el árbol no necesariamente crece vertical , puede estar inclinado entonces desde el punto en que nace hasta donde estaría lo mas alto de su copa , hay una diferencia en la coordenadas $x$, en la $y$ y en la $z$ esas diferencia, escritas, como $(v_x,v_y, v_z)$ serían las componentes del vector árbol en el punto $x,y,$. En un punto muy cercano puede haber otro árbol con diferentes diferencias es decir con otro vector, donde no hay nada el vector sería el vector nulo, esto es un árbol que no existe, el tema es que una partícula podría interpretarse como un bosque, es una región donde el campo tiene componentes diferentes de cero, entonces es posible reconocer la partícula porque el campo en esa región no es nulo. Lo mismo sería en tres dimensiones , en cada punto del espacio en crecen arboles de 3d con diferentes direcciones(no pasa nada conque se enrieden, son abstracciones, vectores), pero delatan de igula manera que hay una partícula 3d cerca.
En realidad cada punto del espacio es permeado por todos los campos que se te ocurran, algunos serán nulos y otros no, por ejemplo la temperatura es un único valor escalar para cada punto del espacio, pero el vector gravedad puede apuntar en distintas direcciones si lo mides en diferentes punto mas lejanos o cercanos a una masa .
Lo que intento decirte es que si allí hay un electrón sera alto el valor del campo electrónico, si el punto es próximo a un objeto masivo sería alta alguna de la componentes del campo gravedad, aunque esto no es así realmente porque la gravedad en cuántica estaría mediada por gravitones que todavía no han podido de ser medidos u observados , pero si en el punto esta cerca de dos protones se podría medir que el campo eléctrico es alto y probablemente también es alto el campo de la fuerza fuerte.

Creo que si te entiendo bien, lo que me explicas es que la variación del valor del campo en un punto cualquiera es una excitación de ése campo y que eso indica la presencia de una partícula en ése punto.

Hay dos formas de variación, si te paras en un punto y mides el campo varias veces y ves que varía es porque alguna partícula esta pasando , y otra que es que cambies de punto y el valor del campo haya variado.
Muy en claro no tengo como se evalúa esa variación por lo general se ve que en una determina región (no un punto) cambia la probabilidad de hallar la partícula, integrando la función de onda de ese campo en esa región del espacio, si varía con el tiempo indica que hubo una excitación por lo tanto que hay una partícula por allí moviéndose

Yo me pregunto si podríamos tener un campo sin excitación en ninguno de sus puntos. Un campo estable.

¿Porque no? Puede imaginar infinitos campos estables para cada punto del espacio, el tema es si existe algún fenómeno físico que pueda cambiar el valor de cada uno de esos campos.

Eso teóricamente. Porque también me pregunto cuál es la diferencia en el campo de la fuerza fuerte en dos situaciones: una en el átomo de hidrógeno, dónde sólo hay un proton y otra en un átomo de helio donde hay dos protones.
Para mí, está claro que debe haber una diferencia. En el segundo caso hace falta un pion, (excitación del campo de la fuerza fuerte) que en el primer caso no hace falta.
Por eso supongo que en el primer caso el campo es estable. No hay ninguna excitación. Pero se me hace muy raro

Esto es muy pantanoso para mi, pero te digo que es lo que yo entiendo, para cambiar el estado de movimiento de una partícula sometida a una fuerza tiene que intervenir una partícula mediadora en este caso un meson , el pion, mientras la interacción electromagnética trata de separar a los protones por intercambio de fotones , la fuerza fuerte los mantiene unidos en el núcleo por intercambiar piones, supongo que los procesos de absorción y emisión cambian el color, la carga, el momento y por tanto la velocidad y la posición de la partículas, dejando bastante fijas las regiones en las que se la puede hallar y en las que no.
El peor error que hacen al enseñarnos, o bien la idea general errada que nos queda, es asociar a las partículas como bolitas llenas de algo que se mueven unas en torno a otras, y en realidad es energía transmitida como ondas que hacen variar ciertos campos, pero bueno como la idea final es muy lejana , hay otros modelos sirven para el primer acercamiento a algo tan complejo.