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Fantasma (física)

En la teoría cuántica de campos , un fantasma , campo fantasma, partícula fantasma o fantasma de gauge se refiere a un estado no físico en una teoría de gauge . Estos fantasmas ...

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En la teoría cuántica de campos , un fantasma , campo fantasma, partícula fantasma o fantasma de gauge se refiere a un estado no físico en una teoría de gauge . Estos fantasmas se introducen para mantener la invariancia de gauge en teorías donde los componentes del campo local superan el número de grados de libertad físicos . Los fantasmas garantizan la consistencia matemática en las teorías de gauge.

Si una teoría dada es autoconsistente mediante la introducción de fantasmas, estos estados se denominan "buenos". Los fantasmas buenos son partículas virtuales que se introducen para regularización , como los fantasmas de Faddeev-Popov . Por otro lado, los fantasmas "malos" admiten estados no virtuales no deseados en una teoría, como los fantasmas de Pauli-Villars, que introducen partículas con energía cinética negativa.

Un ejemplo de la necesidad de campos fantasma es el fotón , que generalmente se describe mediante un potencial vectorial de cuatro componentes A μ , incluso si la luz solo tiene dos polarizaciones permitidas en el vacío. Para eliminar los grados de libertad no físicos, es necesario imponer algunas restricciones; una forma de lograr esta reducción es introducir algún campo fantasma en la teoría. Si bien no siempre es necesario agregar campos fantasma para cuantizar el campo electromagnético , estos son estrictamente necesarios para cuantizar de manera consistente y rigurosa la teoría de Yang-Mills no abeliana , como se hace con la cuantización BRST . [ 1 ] [ 2 ]

Un campo con un número de fantasmas negativo (el número de excitaciones fantasma en el campo) se denomina anti-fantasma .

Algunas teorías de la gravedad cuántica suelen descartarse por tener el tipo incorrecto de fantasmas, como en la gravedad cuadrática . [ 3 ] También existen teorías para dar sentido a estos fantasmas. [ 3 ]

buenos fantasmas

Los fantasmas buenos son partículas virtuales que se introducen para mantener la consistencia matemática en una teoría de gauge; a menudo sirven como herramienta de regularización. Un ejemplo popular son los fantasmas de Faddeev-Popov , que surgen en la cuantización de teorías de gauge no abelianas . Estos fantasmas ayudan a eliminar grados de libertad no físicos y preservan la invariancia de gauge.

fantasmas de Faddeev-Popov

Los fantasmas de Faddeev-Popov son campos anticonmutativos extraños que se introducen para mantener la consistencia de la formulación de la integral de trayectoria en teorías de gauge no abelianas , como las que describen la fuerza fuerte . Reciben su nombre de Ludvig Faddeev y Victor Popov . [ 4 ] [ 5 ]

bosones de Goldstone

A los bosones de Goldstone a veces se les denomina fantasmas, principalmente cuando se habla de los bosones que desaparecen en la ruptura espontánea de la simetría electrodébil a través del mecanismo de Higgs . Estos buenos fantasmas son artefactos de la fijación de gauge. Las componentes de polarización longitudinal de los bosones W y Z corresponden a los bosones de Goldstone de la parte espontáneamente rota de la simetría electrodébil SU(2) ⊗ U(1) , que, sin embargo, no son observables. Debido a que esta simetría está calibrada, los tres posibles bosones de Goldstone, o fantasmas, son "devorados" por los tres bosones de gauge ( W ± y Z ) correspondientes a los tres generadores rotos; esto les da a estos tres bosones de gauge una masa y el tercer grado de libertad de polarización necesario asociado. [ 6 ]

fantasmas malos

Los "fantasmas malos" representan otro significado más general de la palabra "fantasma" en física teórica: estados de norma negativa, [ 7 ] o campos con el signo incorrecto del término cinético , como los fantasmas de Pauli-Villars , cuya existencia permite que las probabilidades sean negativas, violando así la unitariedad . [ 8 ]

Fantasma de Landau

El polo de Landau a veces se denomina fantasma de Landau . Nombrado en honor a Lev Landau , este fantasma es una inconsistencia en el procedimiento de renormalización en la que no existe libertad asintótica a grandes escalas de energía. [ 9 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Faddeev, Ludwig D. (2009). "Fantasmas de Faddeev-Popov" . Scholarpedia . 4 (4): 7389. Bibcode : 2009SchpJ...4.7389F . doi : 10.4249/scholarpedia.7389 . ISSN 1941-6016 . 
  2. ↑ Becchi, Carlo María; Imbimbo, Camilo (26 de octubre de 2008). «Simetría Becchi-Rouet-Stora-Tyutin» . Scholarpedia . 3 (10): 7135. Código bibliográfico : 2008SchpJ...3.7135B . doi : 10.4249/scholarpedia.7135 . ISSN 1941-6016 . 
  3. 1 2 Wood, Charlie (17 de noviembre de 2025). "La antigua teoría 'fantasma' de la gravedad cuántica regresa" . Quanta Magazine . Recuperado el 18 de diciembre de 2025 .
  4. ↑ Faddeev, Ludwig D. ; Popov, Victor N. (1967). "Diagramas de Feynman para el campo de Yang-Mills". Physics Letters B . 25 (1): 29– 30. Bibcode : 1967PhLB...25...29F . doi : 10.1016/0370-2693(67)90067-6 . ISSN 0370-2693 .  
  5. ↑ Chen, WF (2008), "Teoría cuántica de campos y geometría diferencial", Int. J. Geom. Methods Mod. Phys. , 10 (4): 1350003, arXiv : 0803.1340v2 , doi : 10.1142/S0219887813500035 , S2CID 16651244 
  6. ↑ Griffiths, David J. (1987). Introducción a las partículas elementales . Nueva York: Wiley. ISBN 0-471-60386-4. OCLC 19468842 . 
  7. ↑ Hawking, Stephen W. ; Hertog, Thomas (2002). "Vivir con fantasmas". Physical Review D . 65 (10) 103515. arXiv : hep-th/0107088 . Bibcode : 2002PhRvD..65j3515H . doi : 10.1103/PhysRevD.65.103515 . S2CID 2412236 . 
  8. ↑ Itzhak Bars, John Terning (2010). Extra Dimensions in Space and Time . p. 70. Bibcode : 2010edst.book.....B . 
  9. ↑ Daintith, John, ed. (2009). «Fantasma de Landau». Diccionario de física (6.ª ed.). Oxford: Oxford University Press. ISBN  978-0-19-923399-1. OCLC 244417456 . Archivado del original el 28-12-2017 . Consultado el 25-04-2018 .