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partícula desnuda

Una partícula desnuda es una excitación de un campo cuántico elemental en física teórica ; [ 1 ] en física del estado sólido y física de partículas, se convierte en una partícul...

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Una partícula desnuda es una excitación de un campo cuántico elemental en física teórica ; [ 1 ] en física del estado sólido y física de partículas, se convierte en una partícula vestida cuando incluye las partículas adicionales que la rodean, a menudo descrita como una cuasipartícula en sistemas de materia condensada. [ 2 ] [ 3 ]

En el contexto de la teoría cuántica de campos , las partículas desnudas son entidades teóricas cuyas propiedades, como la masa y la carga desnudas, se definen en ausencia de interacciones con sus propios campos. En la teoría de la renormalización , estos parámetros suelen diferir de los valores físicos (observados) debido a la "nube" de partículas virtuales que rodean a la partícula. [ 4 ] [ 5 ]

Historia

Hendrik Kramers sugirió por primera vez en 1947 que la masa de una partícula debía dividirse en dos partes: una masa mecánica "desnuda" y una masa electromagnética generada por el campo propio de la partícula. Poco después, Hans Bethe aplicó esta lógica para explicar el desplazamiento de Lamb , realizando la primera "renormalización" no relativista al restar la energía infinita de un electrón desnudo de su estado observado. [ 6 ]

En el modelo de Abraham-Lorentz , el electrón se imaginaba a menudo como una pequeña esfera cargada . Debido a que el electrón posee una carga eléctrica , genera un campo eléctrico ; sin embargo, ese mismo campo debe ejercer una autofuerza (una fuerza que actúa sobre el electrón). [ 7 ] Los cálculos mostraron que esta "autointeracción" aportaba una cantidad adicional de inercia a la partícula, actuando efectivamente como una masa electromagnética. Esto condujo a la división conceptual inicial entre la "masa mecánica" (la masa inherente o intrínseca de la esfera) y la masa observada, que era la suma de los componentes mecánico y electromagnético. [ 8 ] Pero este modelo se enfrentaba a un obstáculo lógico crítico: si el electrón fuera una partícula puntual con radio cero , la energía de su propio campo eléctrico se volvería infinita. Para mantener la masa observada finita, los físicos tuvieron que suponer que el electrón tenía un tamaño físico específico (el radio clásico del electrón ) o sugerir que la masa mecánica intrínseca era en realidad negativa para cancelar la energía del campo infinito, una noción matemáticamente necesaria pero físicamente difícil de justificar. [ 9 ]

Si bien el enfoque de Abraham-Lorentz no pudo resolver completamente estas infinitudes, estableció el principio fundamental de que las propiedades que medimos en un laboratorio no son solo las de una partícula "desnuda", sino una combinación de la partícula y su campo circundante. [ 10 ] Esta distinción proporcionó la base conceptual para que Kramers y Bethe desarrollaran posteriormente la versión cuántica de la renormalización en la década de 1940. [ 11 ]

Definición teórica

Una partícula desnuda se define por los parámetros fundamentales de una teoría cuántica de campos antes de considerar las autointeracciones y las fluctuaciones del vacío que caracterizan una partícula física vestida . Estos parámetros, como la masa desnuda (metro0{\displaystyle m_{0}}) y carga desnuda (mi0{\displaystyle e_{0}}), son los coeficientes brutos que aparecen en la densidad lagrangiana del sistema. [ 12 ] Para un fermión en electrodinámica cuántica (QED), la interacción se describe mediante: [ 4 ]

L=ψ¯(iγμDμ−metro0)ψ−14FμνFμν{\displaystyle {\mathcal {L}}={\bar {\psi }}(i\gamma ^{\mu }D_{\mu }-m_{0})\psi -{\frac {1}{4}}F_{\mu \nu }F^{\mu \nu }}

En esta ecuación,metro0{\displaystyle m_{0}}representa la masa que tendría la partícula si pudiera aislarse completamente de su propio campo electromagnético . Esta magnitud no es directamente accesible experimentalmente; más bien, la masa medida en un laboratorio es la "masa física", que es la suma de la masa intrínseca y la energía asociada a la interacción de la partícula con el vacío circundante. Debido a que la autoenergía de una partícula puntual suele dar lugar a divergencias matemáticas , la masa intrínseca se trata frecuentemente como una cantidad infinita que cancela estos términos singulares durante el proceso de renormalización . [ 13 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Jaeger, Gregg (28 de octubre de 2021). "Las partículas elementales de los campos cuánticos" . Entropía . 23 (11) 1416. doi : 10.3390/e23111416 . PMC 8623095 . 
  2. ↑ Rössler, Ulrich (29 de junio de 2013). Teoría del estado sólido: una introducción . Springer Ciencia + Medios comerciales . pag. 203.ISBN​  978-3-662-09940-7.
  3. ↑ Economou, Eleftherios N. (2 de agosto de 2006). Funciones de Green en física cuántica . Springer Science+Business Media . pág. 276. ISBN  978-3-540-28841-1.
  4. 1 2 Peskin, Michael; Schroeder, Daniel (2 de octubre de 1995). Introducción a la teoría cuántica de campos . Fronteras en física . Addison-Wesley . ISBN 978-0201503975.
  5. ↑ Stefanovich, Eugene (11 de abril de 2005). "Renormalización y vestimenta en la teoría cuántica de campos" (PDF) . arXiv . arXiv : hep-th/0503076v4 . Recuperado el 12 de marzo de 2026 .
  6. ↑ Bethe, Hans (15 de agosto de 1947). "El desplazamiento electromagnético de los niveles de energía" . Physical Review . 72 (4): 339– 341. doi : 10.1103/PhysRev.72.339 – vía APS Journals.
  7. ↑ Jackson, John (14 de agosto de 1998). Electrodinámica clásica (3.ª ed.). Nueva York: John Wiley & Sons . págs. 745–748 . ISBN   978-0471309321.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: fecha y año ( enlace )
  8. ↑ Feynman, Richard P .; Leighton, Robert B.; Sands, Matthew (1964). "28: Masa electromagnética". The Feynman Lectures on Physics . Vol. 2 ( edición del milenio). Addison-Wesley . Bibcode : 1964flp..book.....F . LCCN 63-20717 . OCLC 19455482 .    
  9. ↑ Lorentz, Hendrik Antoon (1909). La teoría de los electrones y sus aplicaciones a los fenómenos de la luz y el calor radiante . Leipzig: BG Teubner.
  10. ↑ "Renormalización" . Encyclopedia.com . Consultado el 12 de marzo de 2026 .
  11. ^ Jarlskog, Cecilia, ed. (22 de octubre de 2013). "Sobre HA Kramers, la renormalización y el premio Nobel" . Retrato de Gunnar Källén . Naturaleza Springer . págs. 317– 321. doi : 10.1007/978-3-319-00627-7_67 . ISBN  978-3-319-00626-0.
  12. ↑ Weinberg, Steven (30 de junio de 1995). La teoría cuántica de campos . Cambridge University Press . págs. 439–442 . ISBN  978-0521550017. LCCN 95-2782 . 
  13. ↑ Close, Frank (29 de noviembre de 2011). El rompecabezas del infinito: la teoría cuántica de campos y la búsqueda de un universo ordenado . Basic Books . págs. 17-25 . ISBN  978-0465021444. LCCN 2011022966 .