¿Tiene cada partícula elemental su propio campo?

Question

El campo de Higgs es bastante sencillo de entender para mí, tienes un campo que crea una partícula (bosón de Higgs).

Así que sigo asumiendo un campo una partícula.

El campo up crea un quark up. El campo down crea un quark down. El campo fuerte crea un gluón. El campo del electrón crea un electrón. El campo electromagnético crea un fotón. ...

Answer 1

Tienes razón en que un campo corresponde básicamente a una partícula fundamental. Para ser más precisos, hay un tipo de partícula fundamental por cada grado de libertad (bueno... déjame no entrar en esa sutileza) en los campos del modelo estándar. Lo que quiero decir con esto es que se pueden tener combinaciones lineales de campos, pero no corresponden a partículas totalmente nuevas - por ejemplo, si $u(x)$ y $d(x)$ son los campos de los quarks arriba y abajo, puedes tener cosas como $\frac{1}{\sqrt{2}}[u(x) + d(x)]$ pero eso no hace una nueva partícula, es sólo una superposición de un quark up y un quark down. Esto es relevante porque, por ejemplo, el campo del fotón está representado en realidad por una combinación lineal de lo que podríamos llamar dos campos fundamentales separados.

Se me ocurren 58 campos cuánticos incluidos directamente en el modelo estándar, correspondientes a las siguientes partículas:

• (6) Electrón, muón y leptón tau zurdos y diestros
• (3) Neutrinos electrónicos, muones y tau zurdos
• (36) Quarks zurdos y diestros de seis sabores (down, up, strange, charm, bottom, top) y tres colores (rojo, verde, azul)
• (4) Bosones electrodébiles (W+, W-, Z, fotón)
• (8) Gluones de todas las combinaciones de dos de los tres colores que no sean sinletones
• (1) Campo de Higgs

Creo que se considera probable que haya 3 campos adicionales de neutrinos diestros, aunque eso no está confirmado todavía. Además, hay un campo gravitatorio, que corresponde al (hipotético) gravitón, pero que no forma parte del modelo estándar. Y, por supuesto, existe la posibilidad de múltiples campos de Higgs.

En general, cada campo toma su nombre de la partícula correspondiente. La única excepción que se me ocurre es el fotón, cuyo campo se llama a veces campo electromagnético. Pero para ser exactos, el campo del fotón corresponde en realidad al potencial vectorial electromagnético $A^\mu$ y lo que tal vez esté acostumbrado a escuchar llamado "campo electromagnético" - el tensor que contiene $\vec{E}$ y $\vec{B}$ - es en realidad la derivada de ese potencial $A^\mu$ .

Answer 2

Esta es la definición moderna de una partícula elemental: una partícula que es el quantum de un campo en el lagrangiano renormalizable. Antes había otras definiciones, pero ya no se consideran fundamentales, ya que las partículas elementales a veces no se pueden aislar. Esto significa que los quarks no son polos en la matriz S, como las partículas fueron definidas por Wigner, y tampoco lo son los gluones. Además, algunas partículas no tienen masa, y no pueden ser no relativistas, por lo que no son objetos con una descripción directa de la función de onda de posición hacia delante en el tiempo, como se definían las partículas en los años 30.

En la definición moderna, hay un tipo de partícula elemental para cada campo, pero la correspondencia que escribes es errónea:

• Fotón: campo electromagnético (que en realidad es una combinación lineal inducida por Higgs, una mezcla de un campo fundamental y una parte de otro campo fundamental)
• Bosones W/Z: campo gauge débil (el Z y el fotón se mezclan)
• Gluón: campo gauge fuerte (no mezclado con nada, pero confinado)
• quarks, u/d/c/s/t/b: cada uno de ellos tiene un campo. Técnicamente las partes izquierdas son campos separados de la parte derecha, pero son mezclados por el Higgs en pares masivos.
• leptones e/ $\nu_e$ / $\mu$ / $\nu_\mu$ / $\tau$ / $\nu_\tau$ : Cada una de ellas tiene un campo. De nuevo, las partes izquierda y derecha están fundamentalmente separadas, pero mezcladas por el Higgs. Esta vez, los neutrinos sobran después de que los leptones parecidos a los electrones formen tres pares masivos.
• Higgs: en el modelo estándar, es un escalar elemental, sólo la parte radial es una partícula, el resto se absorbe en polarizaciones de las W y Z.

Esas son todas las partículas elementales del modelo estándar.

Answer 3

Tenga en cuenta que hay campos que no tienen una partícula física asociada. Son campos que se incluyen por razones técnicas. Por ejemplo, los campos fantasmas de Faddeev-Popov en el SM.

Además, en la QFT en fondos curvos fijos el concepto de partícula es más complicado. En los fondos dinámicos la situación es aún peor.