Breve descripción de los fundamentos de la realidad: campos cuánticos.

Desde nuestro punto de vista humano, creado como resultado de la evolución biológica, el mundo está formado por pequeñas partículas que se combinan en estructuras más complejas (desde átomos, pasando por moléculas de compuestos químicos, hasta estructuras visibles a simple vista e incluso megaestructuras como planetas y estrellas).
Sin embargo, cuando estudiamos el micromundo, este punto de vista se desmorona gradualmente y tenemos un problema cada vez mayor para indicar si la materia son partículas u ondas.
La mayor parte de lo que entra en contacto con una persona se puede reducir a: protones, electrones, neutrones, fotones (los protones y los neutrones tienen una estructura compleja, que se discutirá más adelante).
Entonces, lo que encontramos (comúnmente) - logramos reducir a 4 elementos.
Nuestros antepasados (desde el siglo XIX) no lo sabían. Para ellos, el mundo estaba hecho de docenas de tipos de átomos (dependiendo de cuán lejos retrocedamos en la historia, esta imagen, por supuesto, cambiaba constantemente).
Nuestros antepasados no entendían casi todo lo que tocaban.
Estamos en una situación diferente. De las cosas "materiales", realmente no entendemos solo la materia oscura y la energía oscura, que básicamente no tienen un papel directo en nuestras vidas; su papel solo se percibe en las escalas de las galaxias y el universo.

Los protones y los neutrones resultaron tener una estructura interna en forma de quarks arriba y abajo colocados en una "sopa" de gluones.
Esta sigue siendo una imagen simplificada (simulaciones recientes que utilizan IA y todos los resultados de los experimentos que ha realizado la humanidad sugieren que el protón también consiste en un quark encantador), pero estamos avanzando todo el tiempo.

Es hora de alejarse del enfoque parcial y pasar a las ondas, y básicamente a los campos cuánticos. La onda es una visión intermedia entre las partículas y los campos cuánticos.

Partículas cuya estructura interna, a pesar de numerosos experimentos, no hemos podido estudiar, las consideramos partículas elementales fundamentales.
Estos son:
llamados bosones partículas de interacción (como fotones, gluones y otros bosones),
quarks o partículas que componen la masa de la materia (que forman el protón y el neutrón)
leptones, es decir, partículas que complementan la materia con una pequeña fracción de masa (como electrones y neutrinos)

Todas estas partículas tienen sus antipartículas.
La existencia de antipartículas encaja perfectamente con la teoría cuántica de campos (QFT). Si la excitación de campo apropiada se puede observar como una partícula, la excitación opuesta será una antipartícula.
Las partículas en la QFT son solo el resultado de la interacción del campo cuántico en estudio con el campo cuántico que usaremos como herramienta de medición.
Si dirigimos un campo cuántico (en forma de partícula, como un electrón o un fotón) hacia otro campo cuántico (probado), el efecto de la interacción nos dará un resultado en forma de encontrar alguna propiedad del cuántico probado. campo. Pero también puede ocurrir que no obtengamos ningún resultado.
Cuando una medida determinada se repite muchas veces, podemos determinar las propiedades estadísticas del campo probado, como la probabilidad de interacción, a la que llamaremos probabilidad de existencia de la partícula en un lugar determinado.
Sin embargo, siempre es la interacción de dos o más campos.
En este sentido, las partículas no existen. Sólo existen campos cuánticos. La realidad a la luz de la QFT no es material.
Este carácter cotidiano material que percibimos sólo aparece cuando se dan tantas interacciones que la naturaleza campal de la realidad deja de jugar un papel directo.

Cuál es exactamente la naturaleza de los campos cuánticos que no sabemos. El mismo nombre del campo proviene de un campo de cultivo tan común. Solo sabemos que podemos medir imperfectamente la distribución de los valores de algunos campos en el espacio y que experimentalmente nos sale bien.
Algunos resultados de medición concuerdan hasta el puesto 15 con la teoría. O más bien, con simplificaciones de la teoría, porque en la gran mayoría de los casos, los cálculos son demasiado difíciles para nosotros y solo podemos aproximarlos con bastante precisión utilizando el cálculo de perturbaciones. No podemos obtener soluciones analíticas exactas.
En general, se supone que existen los siguientes campos cuánticos:
- 6 campos de quarks
- 6 campos de leptones
- 8 campos de gluones (fuerte interacción)
- Campo de Higgs
- campo EM - para fotones
- campo de bosones W (interacción débil)
- Campo de bosones Z (interacción débil).
Juntos, 24 campos cuánticos, forman toda la realidad medible en el micromundo.
Pero esta división también es diferente.
Si existe la gravedad cuántica, tendría que escribirse 25.
Suponiendo que solo hay un campo de gluones, 24 se convierte en 17.
Si además unificamos los campos de los bosones W y Z (interacción débil) con la interacción EM, quedan 15.
Si asumimos que generaciones sucesivas de quarks y leptones también pueden unificarse porque se distinguen únicamente por su interacción con el campo de Higgs, entonces tendremos: 7.

Con la unificación total con la que la humanidad puede contar, podemos reducir el número de campos cuánticos a 7.

Si esto es así, nadie lo sabe todavía.
Pero sería un logro bastante interesante: reducir todo lo que tratamos a 7 campos cuánticos*

* asumiendo que la materia oscura y la energía oscura son más el resultado de deficiencias en nuestra teoría de la gravedad que de deficiencias en el Modelo Estándar.
Y hay indicios tanto de deficiencias en la teoría de la gravedad de Einstein como de una nueva fuerza desconocida que nos está eludiendo y que completaría el Modelo Estándar.
Así que todavía tenemos algunas cosas por delante.
Pero no recomendaría emocionarse demasiado. Nuestros antepasados no entendían las bases del 99,99% de lo que les rodeaba. Entendemos el 99,99% de lo que nos rodea.
Nuestros antepasados no conocían la fuerza fuerte, que es más fuerte en pequeñas escalas. Sabemos. Si algo se esconde de nosotros, no puede ser nada fuerte.
Y si lo que no sabemos es débil, tiene poco impacto en nuestra vida cotidiana. Puede, por supuesto, manifestarse en escalas galácticas (como la gravedad) con una fuerza tremenda.