catálisis magnética

La catálisis magnética es un fenómeno físico que se define como una intensificación de la ruptura de simetría dinámica por un campo magnético externo en la teoría cuántica de campos , utilizada para la descripción de partículas cuánticas (o cuasipartículas ) en física de partículas , física nuclear y física de la materia condensada . El fenómeno subyacente es consecuencia de la fuerte tendencia de un campo magnético a potenciar la unión de partículas con carga opuesta en estados ligados. El efecto catalizador proviene de una restricción parcial (reducción dimensional) del movimiento de las partículas cargadas en las direcciones perpendiculares a la dirección del campo magnético. Comúnmente, la catálisis magnética se asocia específicamente con la ruptura espontánea de la simetría de sabor o quiral en la teoría cuántica de campos, la cual se ve potenciada o desencadenada por la presencia de un campo magnético externo.

El mecanismo subyacente a la catálisis magnética ^{[ 1 ]} es la reducción dimensional de partículas cargadas de espín 1/2 de baja energía . ^{[ 2 ]} Como resultado de dicha reducción, existe un fuerte aumento del apareamiento partícula-antipartícula responsable de la ruptura de simetría. Para teorías de gauge en 3+1 dimensiones espaciotemporales, como la electrodinámica cuántica y la cromodinámica cuántica , la reducción dimensional conduce a una dinámica efectiva de baja energía de (1+1) dimensiones. (Aquí la dimensionalidad del espacio-tiempo se escribe como D+1 para D direcciones espaciales). En términos sencillos, la reducción dimensional refleja el hecho de que el movimiento de partículas cargadas está (parcialmente) restringido en las dos direcciones espaciales perpendiculares al campo magnético. Sin embargo, esta restricción del movimiento orbital por sí sola no es suficiente (por ejemplo, no hay reducción dimensional para partículas escalares cargadas, con espín 0, aunque su movimiento orbital esté restringido de la misma manera). También es importante que los fermiones tengan espín 1/2 y, como se deduce del teorema del índice de Atiyah-Singer , sus estados de nivel de Landau más bajos tengan una energía independiente del campo magnético. (La energía correspondiente se anula en el caso de partículas sin masa). Esto contrasta con las energías en los niveles de Landau superiores, que son proporcionales a la raíz cuadrada del campo magnético. Por lo tanto, si el campo es suficientemente fuerte, solo los estados de nivel de Landau más bajos son dinámicamente accesibles a bajas energías. Los estados en los niveles de Landau superiores se desacoplan y se vuelven casi irrelevantes. El fenómeno de la catálisis magnética tiene aplicaciones en física de partículas, física nuclear y física de la materia condensada.