Antes de profundizar en la teoría cuántica de campos, conviene
aclarar algunos conceptos fundamentales que han marcado la evolución de la
física cuántica desde sus inicios.
Mecánica cuántica
tradicional.
El término mecánica
cuántica tradicional – también conocida como “canónica” – se emplea comúnmente para
referirse al conjunto de principios y herramientas desarrollados durante el
período fundacional de la física cuántica, aproximadamente entre 1900 y 1927.
Entre los aportes más representativos se encuentran los siguientes, todos ellos
vistos en capítulos anteriores:
La cuantización de
la energía (Planck, 1900).
El modelo atómico de
Bohr (1913).
La dualidad
onda-partícula (De Broglie, 1924).
La ecuación de
Schrödinger (1926) y su formulación matricial equivalente (Heisenberg).
El principio de
incertidumbre (Heisenberg, 1927).
La interpretación de
Copenhague (principalmente Bohr y Heisenberg).
Un enfoque no
relativista y con número fijo de partículas.
Esta
formulación cuántica fue diseñada para describir sistemas de pocas partículas,
como átomos y moléculas, en un marco donde el número de partículas se conserva
y los efectos relativistas son despreciables. Constituye una teoría sumamente
exitosa, aunque limitada en su alcance cuando se trata de energías elevadas o
fenómenos relativistas.
Mecánica cuántica relativista.
La llamada mecánica cuántica relativista se
refiere principalmente a la ecuación de
Dirac, que representa un gran avance al incorporar la relatividad especial
al tratamiento cuántico de partículas con espín 1/2, como el electrón. Esta ecuación
permite describir el comportamiento de una sola partícula relativista, y
predice de forma natural el espín y la existencia de la antipartícula asociada:
el positrón.
La ecuación de Dirac ocupa un lugar
singular en la historia de la física. Para algunos autores, representa la
culminación del período fundacional de la mecánica cuántica; para otros, marca
el inicio de la transición hacia la teoría cuántica de campos. En cualquier
caso, establece un puente entre la cuántica no relativista y las teorías más
generales que la sucederán.
Teoría cuántica de campos.
La teoría cuántica
de campos (QFT, por sus siglas
en inglés) constituye una extensión de la mecánica cuántica tradicional que
incorpora la relatividad especial y permite tratar sistemas con número variable
de partículas. A diferencia del enfoque original, en QFT las partículas son
interpretadas como excitaciones cuánticas de campos fundamentales que se
extienden por el espacio-tiempo.
Este
marco teórico resulta indispensable para describir fenómenos donde ocurren
procesos de creación y aniquilación de partículas, especialmente a altas
energías, como en los experimentos realizados en aceleradores de partículas.
Además, la QFT proporciona la base formal para teorías como la electrodinámica
cuántica (QED), la teoría electrodébil y la cromodinámica
cuántica (QCD), todas ellas unificadas dentro del Modelo Estándar de
la física de partículas.
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