¿Es el portador de fuerza del magnetismo en un imán doméstico común un fotón?

Sí, el portador de cualquier interacción electromagnética es un fotón. Incluyendo imanes ordinarios.

Podrías preguntar: "¿Por qué entonces no puedo ver esos fotones?" Bueno, incluso desde el punto de vista clásico, los fotones pueden tener diferentes longitudes de onda. Y con el imán se trata de longitudes de onda realmente grandes, mientras que uno no puede "ver" las ondas de radio. Si bien también creo que uno ni siquiera puede usar el concepto de "portador de interacción" sin trabajar en un contexto de teoría cuántica de campos de todos modos.

Ampliando la excelente respuesta de Kostya, para abordar la pregunta de Harry el Sucio. Las fuerzas estáticas, como los imanes de movimiento lento, como el que mencionas, involucran fotones de energía extraordinariamente baja , por lo que, dado que estos son fotones sin masa y de longitud de onda extraordinariamente larga: su nombre técnico en la teoría relativista del campo cuántico, donde la noción de portador es más útil, es fotones "infrarrojos" .

En entornos macroscópicos clásicos, no aportan mucha intuición a la imagen y, como sugieren las preguntas, confunden el paisaje más que iluminarlo. Sin embargo, se conectan a la perfección con nuestra baja energía, pequeños$\hbar$, mundo normalmente no relativista.

De hecho, técnicamente, el límite infrarrojo de la amplitud de las interacciones de partículas a nivel de árbol ("Born") produce el potencial de Coulomb, como se detalla, por ejemplo, en el libro de Peskin y Schroeder (M. Peskin y D. Schroeder, An Introduction to Quantum Field Theory , (4.127-4.136))o esta respuesta ; (para un tratamiento nr, vea esta respuesta aquí ), y las ecuaciones de Maxwell asociadas, y así todos los fenómenos que contemplaría la pregunta. Estas amplitudes conservan la energía y el momento, excepto por tiempos ultracortos que no son relevantes aquí, así que no, el imán no pierde o gana energía constantemente al emitir y absorber estos fotones límite de energía cero, a menos que el objeto de prueba se mueva... infinito. fotones de longitud de onda... son un límite. Un mar turbulento de nadas.

Sin embargo, este mar de nada informa el vacío muy activo y receptivo de QFT. Sin embargo, si hay movimiento del cuerpo de prueba sujeto al imán, sí, la fuerza a distancia es transportada por miles de millones de tales fotones que toman la energía y el momento del imán y lo transfieren al objeto, formando anisotrópicamente y colectivamente. lo que percibimos como la fuerza clásica.

Eso sí, incluso en la mecánica cuántica no relativista , la mayoría de las veces no es necesario considerarlos al calcular los espectros de energía, y uno trabaja con un campo de Coulomb semiclásico de, por ejemplo, un núcleo atómico, el potencial 1/ r de Schroedinger. ecuación Solo en casos sutiles de correcciones relativistas, como el célebre cambio de Lamb (1947, que inició la utilización de QFT) se verían efectos de corrección sutiles en los niveles de energía debido a esta imagen.

Sin embargo, suavizar el límite de correspondencia de QFT ha sido, históricamente, lo suficientemente intrigante como para que Feynman sugiera a un estudiante que calcule los movimientos planetarios a través de (hipotéticos) intercambios de gravitones sin masa (¡realmente funciona!), en la gravedad de Newton, no EM. (ver artículo de WP ).

Sin embargo, como se indicó anteriormente, la intuición es engañosa con entidades deslocalizadas ( λ ⟶∞) como estas: entonces, cuando cree que puede describir la repulsión de dos partículas con una metáfora de dos botes donde un bote lanza una pelota de baloncesto al otro, usted te quedas en una profunda perplejidad al considerar que los dos barcos también podrían atraerse , ¡por el mismísimo intercambio de una pelota de baloncesto! Sospecho que la actitud más sabia es dejar la mediación de partículas a QFT, donde nació y donde hace más bien.