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Física cuántica, rama de la física que estudia el
comportamiento de las partículas teniendo en cuenta su dualidad
onda-corpúsculo. Esta dualidad es el principio fundamental de la teoría
cuántica; el físico alemán Max Planck fue quien estableció las bases de esta
teoría física al postular que la materia sólo puede emitir o absorber energía
en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos.
Cuanto, cantidad elemental de energía proporcional a la frecuencia de la radiación a la que pertenece.
Para la física clásica, un oscilador de cierta frecuencia podía emitir cualquier parte de su cantidad total de energía sin importar su valor. En 1900, Max Planck, para justificar el espectro de emisión de un cuerpo negro, enunció su hipótesis según la cual el contenido energético de un oscilador puede ser sólo un múltiplo entero de la magnitud hf, a la que se denomina cuanto de energía, y en donde f es la frecuencia de su vibración y h la constante de Planck igual a 6,62 · 10-34 Js (joules). En realidad, los cuantos o unidades de radiación son tan pequeños que la radiación nos parece continua. Einstein, en 1905, explicó el efecto fotoeléctrico utilizando la teoría de los cuantos, admitiendo que la luz se traslada por el espacio en forma de cuantos. A este cuanto de radiación se le dio posteriormente el nombre de fotón.
Teoría cuántica de campos, teoría formal que, mediante el procedimiento denominado de segunda cuantificación, extiende la mecánica cuántica a los campos dinámicos, proporcionando la explicación de fenómenos que no se pueden interpretar a la luz de la teoría clásica. La teoría explica, por ejemplo, el proceso de creación y absorción de partículas durante los casos de colisión; la creación de parejas de partículas en presencia de energía suficientemente alta, y su consiguiente aniquilación; la energía de punto cero, por la cual un sistema cuántico, en su estado fundamental, posee una energía que no es nula; la existencia de la antimateria, por la que a cada partícula elemental corresponde una partícula igual en todo a ella, pero diferente por la carga eléctrica o por alguna otra propiedad cuántica, y también, en el ámbito de la física del estado sólido, los fenómenos de la superconductividad y de la superfluidez.
En el modelo que ofrece la teoría cuántica de campos, las partículas están representadas como los estados excitados cuantizados de los campos correspondientes. Así, en el ámbito de la electrodinámica cuántica —la teoría surgida de la aplicación de la teoría cuántica de campos a la interacción electromagnética—, el fotón y el electrón se definen como los cuantos del campo electromagnético. La electrodinámica cuántica fue la primera de las teorías cuánticas de campo, formulada hacia finales de la década de 1920 por los fundadores de la mecánica cuántica. A finales de la década de los cuarenta, los físicos estadounidenses Richard Feynman y J. Schwinger, junto con el físico japonés S. Tomonaga, reformularon la teoría cuántica de campos a la luz de los principios de la relatividad, ofreciendo una exposición relativistamente invariante.
Las consecuencias más importantes de esta operación fueron la previsión de la existencia de la antimateria y la determinación de la relación existente entre el espín de las partículas y el tipo de estadística seguido por éste, con la distinción entre partículas de Fermi-Dirac, o fermiones, y partículas de Bose-Einstein, o bosones. El éxito de la electrodinámica cuántica, debido a la eficacia del formalismo introducido por ella y a las numerosas confirmaciones experimentales que siguieron, indujo a los físicos a aplicar el esquema formal de la teoría cuántica de campos a otros tipos de interacción (fuerzas fundamentales) conocidos en la naturaleza. De ahí surgieron la cromodinámica cuántica, para la interacción fuerte, y la teoría de la interacción débil, que confluyó pronto, junto a la electrodinámica cuántica, con la teoría electrodébil del físico estadounidense Steven Weinberg y del físico paquistaní Abdus Salam. La cromodinámica cuántica, la teoría electrodébil y la relatividad general constituyen el denominado modelo estándar.
Algunas dificultades de naturaleza formal, que complican el equilibrio matemático de estas teorías de campo —haciendo necesarios procedimientos de ‘renormalización’—, junto al hecho de que falta aún una teoría cuántica apropiada para la interacción gravitacional, son la causa de que la unificación de las diversas interacciones conocidas en una única teoría denominada teoría del todo no haya encontrado todavía una formulación definitiva.
Cuanto, cantidad elemental de energía proporcional a la frecuencia de la radiación a la que pertenece.
Para la física clásica, un oscilador de cierta frecuencia podía emitir cualquier parte de su cantidad total de energía sin importar su valor. En 1900, Max Planck, para justificar el espectro de emisión de un cuerpo negro, enunció su hipótesis según la cual el contenido energético de un oscilador puede ser sólo un múltiplo entero de la magnitud hf, a la que se denomina cuanto de energía, y en donde f es la frecuencia de su vibración y h la constante de Planck igual a 6,62 · 10-34 Js (joules). En realidad, los cuantos o unidades de radiación son tan pequeños que la radiación nos parece continua. Einstein, en 1905, explicó el efecto fotoeléctrico utilizando la teoría de los cuantos, admitiendo que la luz se traslada por el espacio en forma de cuantos. A este cuanto de radiación se le dio posteriormente el nombre de fotón.
Teoría cuántica de campos, teoría formal que, mediante el procedimiento denominado de segunda cuantificación, extiende la mecánica cuántica a los campos dinámicos, proporcionando la explicación de fenómenos que no se pueden interpretar a la luz de la teoría clásica. La teoría explica, por ejemplo, el proceso de creación y absorción de partículas durante los casos de colisión; la creación de parejas de partículas en presencia de energía suficientemente alta, y su consiguiente aniquilación; la energía de punto cero, por la cual un sistema cuántico, en su estado fundamental, posee una energía que no es nula; la existencia de la antimateria, por la que a cada partícula elemental corresponde una partícula igual en todo a ella, pero diferente por la carga eléctrica o por alguna otra propiedad cuántica, y también, en el ámbito de la física del estado sólido, los fenómenos de la superconductividad y de la superfluidez.
En el modelo que ofrece la teoría cuántica de campos, las partículas están representadas como los estados excitados cuantizados de los campos correspondientes. Así, en el ámbito de la electrodinámica cuántica —la teoría surgida de la aplicación de la teoría cuántica de campos a la interacción electromagnética—, el fotón y el electrón se definen como los cuantos del campo electromagnético. La electrodinámica cuántica fue la primera de las teorías cuánticas de campo, formulada hacia finales de la década de 1920 por los fundadores de la mecánica cuántica. A finales de la década de los cuarenta, los físicos estadounidenses Richard Feynman y J. Schwinger, junto con el físico japonés S. Tomonaga, reformularon la teoría cuántica de campos a la luz de los principios de la relatividad, ofreciendo una exposición relativistamente invariante.
Las consecuencias más importantes de esta operación fueron la previsión de la existencia de la antimateria y la determinación de la relación existente entre el espín de las partículas y el tipo de estadística seguido por éste, con la distinción entre partículas de Fermi-Dirac, o fermiones, y partículas de Bose-Einstein, o bosones. El éxito de la electrodinámica cuántica, debido a la eficacia del formalismo introducido por ella y a las numerosas confirmaciones experimentales que siguieron, indujo a los físicos a aplicar el esquema formal de la teoría cuántica de campos a otros tipos de interacción (fuerzas fundamentales) conocidos en la naturaleza. De ahí surgieron la cromodinámica cuántica, para la interacción fuerte, y la teoría de la interacción débil, que confluyó pronto, junto a la electrodinámica cuántica, con la teoría electrodébil del físico estadounidense Steven Weinberg y del físico paquistaní Abdus Salam. La cromodinámica cuántica, la teoría electrodébil y la relatividad general constituyen el denominado modelo estándar.
Algunas dificultades de naturaleza formal, que complican el equilibrio matemático de estas teorías de campo —haciendo necesarios procedimientos de ‘renormalización’—, junto al hecho de que falta aún una teoría cuántica apropiada para la interacción gravitacional, son la causa de que la unificación de las diversas interacciones conocidas en una única teoría denominada teoría del todo no haya encontrado todavía una formulación definitiva.
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