¿Existen partículas según la teoría cuántica de campos?

He estado leyendo que en QFT solo existen campos y una fluctuación en estos campos es lo que vemos como partículas. Entonces, en este sentido, ¿podemos ignorar por completo la noción de partículas y pensar en ellas como fluctuaciones de campos?

Sí. Aunque por razones prácticas, es mejor ver las partículas como partículas.
Los campos cuánticos miden la probabilidad de detectar una partícula. Si hoy recibo una carta en el correo con una probabilidad del 50%, ¿cuál de los dos tiene existencia física, la carta o la probabilidad de que la reciba? Primero debe definir qué significa "existe". Si "existe" significa "observado", entonces los campos cuánticos no existen. Incluso si logra definir la "existencia" de una manera tan amplia que incluiría abstracciones matemáticas como objetos físicamente existentes, las partículas seguirían siendo más fundamentales.

Respuestas (2)

Creo que esto es en gran medida una cuestión de terminología.

La forma en que generalmente se enseña QFT describe los campos en términos de estados de Fock, y son las excitaciones de estos estados de Fock las que describen las partículas. Tenga en cuenta mi terminología aquí: no estoy diciendo que las partículas sean las excitaciones de los estados de Fock, estoy diciendo que están descritas por las excitaciones de los estados de Fock. El campo cuántico es un campo operador, es decir, un objeto matemático, y es difícil ver cómo este objeto matemático puede tener estados excitados que en realidad son las partículas observables.

Pero luego, Steven Weinberg en sus libros QFT comienza con los estados de partículas en lugar del campo, es decir, exactamente el enfoque opuesto. Entonces, no es obvio que podamos afirmar que el campo es el objeto fundamental y que la partícula establece solo manifestaciones de él.

Al fin y al cabo, podemos observar experimentalmente los objetos que llamamos partículas , y la cuestión de cómo los describimos matemáticamente con precisión parece bastante abstracta.

Pero el efecto Unruh te dice problemas con el tratamiento de partículas como fundamentales. Así que prefiera todos los campos.
@AHusain ¿Se ha observado el efecto Unruh?
Entiendo que observamos partículas, pero ¿lo que estamos observando está mal?, por ejemplo, ¿interpretamos lo que observamos como partículas pero en realidad son solo vibraciones en algún campo?
@safesphere Mire los agujeros tontos (de sonido). ¿Es el caso con campo de fonón.
@Cleo No importa qué etiqueta les pongas. El punto es que observamos objetos consistentes con parámetros bien definidos y estables. Por ejemplo, todos los electrones son idénticos desde el punto de vista de que tienen la misma masa, 1/2 espín, carga eléctrica, carga electrón/leptón. "Partículas" no significa "bolitas", ese no es el punto. El punto es que nunca observamos "la mitad de un electrón" o "0.1 de un electrón" o "1.5". Siempre es uno o, si son más, un número entero de ellos. Usted es libre de pensar en ellos como "vibraciones de campo", pero este "campo" no ha sido observado. [...]
@Cleo Además, los campos cuánticos no son observables en su propia naturaleza, porque predicen la probabilidad de observar una partícula. Por ejemplo, si lanzas un dado y calculas la probabilidad de un resultado particular, entonces, no importa cuán cuidadosamente observes, nunca verás "la probabilidad" como un objeto físico. Lo que vería son los dados físicos en una configuración particular. Entonces, nuevamente, puede etiquetar las partículas como "excitaciones del campo", pero no cambiaría el hecho de que, si existe = observado, entonces las partículas (o "excitaciones" si lo desea) existen, pero los campos cuánticos no.
@safesphere, para ser claros, las partículas y las vibraciones de campo esencialmente describen una cosa que es lo que dijiste "observar objetos consistentes con parámetros estables y bien definidos", por lo que realmente no puedes descartar ninguno de los términos.
Las partículas obedecen claramente lo que los campos les dicen que hagan, pero "a regañadientes", en un orden aleatorio. Entonces, en algún sentido peculiar, los campos son "reales" y deben "existir" de alguna manera en algún lugar, en un plano de existencia diferente al nuestro. Es como si hubiera una realidad separada de abstracciones matemáticas encima y a cargo de nuestra realidad física. Nadie sabe cómo funciona esto. Los experimentalistas observan las partículas. Los matemáticos adoran los campos cuánticos y denuncian la realidad física. Es por eso que hay más de 20 interpretaciones de la mecánica cuántica. Una simulación por computadora gigante podría ser una posible explicación.
De qué manera observamos las partículas como tales. En términos de que son pequeños bultos duros, quiero decir. Si no es eso, no es realmente una partícula.

Para responder a la pregunta directamente, sí. No estoy de acuerdo con la respuesta de John: los campos son ciertamente fundamentales en QFT: Weinberg comienza con la historia y la intuición dispersa del lector de QM, pero sus volúmenes definitivamente se basan en campos. En algunos casos es francamente incorrecto hablar de partículas, por lo que la distinción es importante.

Una partícula describe el fenómeno de la excitación de un campo cuántico donde la estructura matemática subyacente es la de un campo real/complejo/con valor de espinor sobre una variedad de espacio-tiempo. En Weinberg, hay una discusión sobre pequeños grupos que creo que conecta muy elegantemente las dos nociones: los estados de partículas están etiquetados por sus representaciones de pequeños grupos. El espín de la mecánica cuántica, por ejemplo, puede considerarse como un pequeño grupo SU(2) asociado con la invariancia rotacional en un marco particular . Entonces, el estado de la partícula estaría etiquetado por el momento en el marco y la representación de SU (2) que vienen en medio entero. Esta es una forma en que uno pensaría sobre la energía y los números cuánticos de espín desde una perspectiva QFT.

Por lo general, está bien pensar fenomenológicamente: una excitación local del campo de Dirac puede considerarse como una partícula, seguro. ¿Qué pasa si tengo una teoría de interacción fuerte? ¿Qué pasa si tengo excitaciones colectivas? ¿Qué pasa si quiero hablar de operadores no locales? La intuición de partículas te fallará cuanto más profundices en las sutilezas de QFT. Se podría argumentar que esta intuición es una herramienta de aprendizaje valiosa, especialmente si se trata de QM, pero debe pensar en ella como ruedas de entrenamiento y eliminarlas lo antes posible si está interesado en la teoría de alta energía.

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