QED: LA ELECTRODINÁMICA CUÁNTICA

2da Parte de la Serie de Artículos de la Teoría Cuántica de Campos

El prototipo de las teorías cuánticas de campos es la electrodinámica cuántica, que proporciona un marco matemático integral para predecir y comprender los efectos del electromagnetismo en la materia cargada eléctricamente en todos los niveles de energía. Se considera que las fuerzas eléctricas y magnéticas surgen de la emisión y absorción de partículas de intercambio llamadas fotones. Estos pueden representarse como perturbaciones de los campos electromagnéticos, de la misma manera que las ondas en un lago son perturbaciones del agua.

En condiciones adecuadas, los fotones pueden quedar completamente libres de partículas cargadas; estos son entonces detectados como luz y como otras formas de radiación electromagnética. Del mismo modo, las partículas como los electrones se consideran perturbaciones de sus propios campos cuantificados.

La electrodinámica cuántica es una de las teorías de física mejor comprobadas. Las predicciones numéricas basadas en la electrodinámica cuántica concuerdan con los datos experimentales en una parte por cada 10 millones, en algunos casos.

En términos sencillos, la electrodinámica cuántica, QED por sus siglas en inglés, es la teoría cuántica de la electricidad y el magnetismo. QED describe cómo funcionan las fuerzas eléctricas y magnéticas en escalas microscópicas. De igual forma, describe cómo se comportan los fotones individuales de luz.

El carismático Richard Feynman jugó un papel crucial en esta teoría. A pesar de que las matemáticas eran bastante complejas, Feynman ideó sus famosos diagramas, que nos brindarían una imagen de la teoría sin toda la complejidad matemática.

En esta imagen, puede ver un diagrama de Feynman de dos electrones acercándose entre sí. El diagrama de Feynman se establece en un espacio de Minkowski, que representa eventos en el espacio-tiempo. Los electrones son las líneas continuas (llamadas propagadores), y a medida que se acercan entre sí, se intercambia un fotón (el propagador ondulado) entre los dos electrones.

En otras palabras, en la electrodinámica cuántica, dos partículas comunican su información electromagnética emitiendo y absorbiendo un fotón. Un fotón que actúa de esta manera se llama un fotón virtual o un fotón mensajero, porque se crea únicamente con el propósito de intercambiar esta información.

Esta es la idea clave de la electrodinámica cuántica, ya que, sin el intercambio de fotón, no había forma de explicar cómo se comunicaba la información entre los dos electrones.

Existe una convicción generalizada entre los físicos de que las otras 3 fuerzas fundamentales del universo (fuerza nuclear fuerte y débil, y la gravedad), pueden ser descritas por teorías similares a la electrodinámica cuántica. Estas teorías se conocen colectivamente como las Teorías de Gauge. Cada una de las fuerzas estaría mediada por una partícula portadora de fuerza, y las diferencias entre las fuerzas se reflejan en las propiedades de estas partículas.