¿Son todos los fenómenos electromagnéticos y ópticos causados ​​en última instancia por procesos electrónicos?

Podemos derivar toda la electrodinámica clásica (ecuaciones de Maxwell) simplemente a partir de la$U(1)$simetría del campo de electrones?

El electromagnetismo de Maxwell no requiere un campo de electrones, puede existir independientemente de los electrones en el vacío, o incluso puede acoplarse a otros campos (por ejemplo, campos escalares cargados, gravedad, etc.). La elección de$U(1)$selecciona la teoría de Maxwell de una clase más general de teorías de calibre llamadas teorías de Yang-Mills, que están parametrizadas por grupos/álgebras de Lie.

¿Podemos derivar toda la electrodinámica cuántica (fotones) simplemente cuantificando los cuatro potenciales electromagnéticos?

Sí, el electromagnetismo cuántico se puede obtener a partir del electromagnetismo clásico (ecuaciones de Maxwell) aplicando cuantización canónica. Hay complicaciones adicionales debido a la invariancia de calibre, necesitará la teoría de cuantificación de sistemas restringidos para cuantificar consistentemente la teoría de Maxwell. Pero al final obtendrá una teoría cuántica de fotones que no interactúan.

QED (Electrodinámica Cuántica) es un nombre un poco inapropiado, porque además del campo de Maxwell/fotones, también incluye un campo de materia completamente diferente que es el campo de Dirac, con partículas llamadas electrones. Estos dos campos/partículas interactúan entre sí de cierta manera dictada por la simetría de calibre. Por lo tanto, QED es diferente del electromagnetismo cuantizado, que se puede considerar como una aproximación a QED que es válida en situaciones en las que el campo de electrones es insignificante.

También tenga en cuenta que aunque en casi todos los casos las teorías cuánticas se obtienen de las teorías clásicas mediante cuantización canónica, este procedimiento es heurístico y no tiene significado físico. En realidad, solo existe la teoría cuántica. La teoría clásica es simplemente una aproximación. Entonces, para comprender realmente lo que está sucediendo, es necesario postular la teoría cuántica y luego demostrar que la teoría clásica se mantiene en un cierto régimen que corresponde a la configuración$\hbar \rightarrow 0$en todas las expresiones matemáticas.

Hay otras partículas cargadas además de los electrones, como protones, piones, bosones W. Todos estos pueden contribuir a los fenómenos electromagnéticos.