He estado leyendo alrededor de 1,5 libros sobre física cuántica y también he visto algunos videos de YouTube. En un libro, aprendí que hay campos, como el campo electromagnético, que transporta fuerzas entre partículas (vibraciones en el campo) a través de partículas virtuales. Pero en otro libro y en YouTube, en cambio, dicen que cada partícula elemental (quarks, fotones, electrones, etc.) tiene sus propios campos. Pero lo que no puedo entender es cuál es la relación de los campos sobre los que leí que llevan fuerzas a los que tienen las partículas. ¿Estas fuerzas están formadas por interacciones entre múltiples campos?
No hay una noción clara de qué es exactamente una "fuerza" en la teoría cuántica de campos ( obligatorio xkcd ).
Todo campo tiene partículas asociadas a él, y tendemos a asociar esas partículas/campos con "fuerzas" cuyas interacciones con el resto son tales que tienen una gran influencia en su comportamiento incluso cuando no están directamente involucradas (por ejemplo, no hay fotones involucrados en el proceso que da la fuerza de Coulomb en su límite clásico, y ningún bosón W/Z real involucrado en el proceso que convierte los protones en neutrones en -decadencia).
Las partículas sin masa que se acoplan a otras de la misma manera que el fotón siempre producen una fuerza clásica como el electromagnetismo (consulte esta pregunta para conocer los antecedentes técnicos), mientras que las partículas masivas con tal acoplamiento producen una fuerza clásica que decae exponencialmente (cf. Potencial de Yukawa , y vea esta respuesta mía para la fuerza nuclear residual mediada por piones como ejemplo). Pero incluso esto está demasiado simplificado, ya que, por ejemplo, los gluones no tienen masa y, sin embargo, no producen ninguna fuerza clásica, ya que no pueden producirse cargas de color libres debido al confinamiento .
Respuesta corta: las fuerzas son partículas (excepto quizás la gravedad). ¡Pero no todas las partículas llevan una fuerza!
Busque el modelo estándar . Una partícula que lleva una fuerza es simplemente un tipo de partícula "especial" llamada "portadora de fuerza". El fotón es el ejemplo más común de una partícula que también es portadora de fuerza (la interacción electromagnética).
En QFT, existe una equivalencia entre partículas y campos (o excitaciones de campo, para ser más precisos). Por lo tanto, las siguientes declaraciones son equivalentes (y equivalentemente aproximadas en su redacción):
Ahora, al considerar una partícula frente a considerar una fuerza, puede haber algunas diferencias sutiles, como por ejemplo, la aparición de partículas virtuales (como señaló) en algunas interacciones.