La electrodinámica cuántica describe la interacción entre la materia y la luz.
La electrodinámica cuántica es un campo de estudio centrado en la interacción entre la materia y la luz. Se trata de una teoría que aporta una descripción de los fenómenos que tienen lugar cuando las partículas con carga eléctrica interactúan entre sí a través de la fuerza electromagnética.
Antes de avanzar, es importante prestar atención a las definiciones de los términos forman el concepto. De acuerdo al diccionario de la Real Academia Española (RAE), la electrodinámica es el análisis de los sucesos y los hechos que genera la electricidad cuando se halla en movimiento. El adjetivo cuántico, en tanto, alude a aquello vinculado a los cuantos: una cantidad de energía que resulta indivisible y que guarda proporcionalidad a la frecuencia del campo al cual se encuentra vinculado.
Lo que hace la electrodinámica cuántica es combinar las bases de la mecánica cuántica con la idea de fuerza electromagnética. Esto le permite detallar cómo se comporta el fotón, por ejemplo.
TemasHistoria de la electrodinámica cuántica
La electrodinámica cuántica, como ya indicamos, describe la interacción electromagnética de la materia y la luz. Se la enmarca como una teoría cuántica de campos, centrándose en las perturbaciones del vacío cuántico.
Debe considerarse que Isaac Newton, quien sentó las bases para el avance de la mecánica clásica, pensaba en la luz como una corriente de partículas. Después se advirtió que se trataba de una onda electromagnética, con las ecuaciones de Maxwell (propuestas por James Clerk Maxwell) como recurso clave para esa identificación. Fue Albert Einstein quien postuló la existencia de los cuantos, dando pie a la teoría cuántica de la luz.
En este marco, el inglés Paul Dirac describió por primera vez -en la década de 1920– las interacciones que se dan entre la materia y la radiación, estudiando la emisión espontánea de los átomos. Luego, Richard Feynman, Julian Schwinger y Shin»ichirō Tomonaga obtuvieron el Premio Nobel de Física en 1965 por sus aportes para calcular cantidades que pueden observarse.
El valor de la electrodinámica cuántica (mencionada como EDC o QED, en este caso por la expresión en lengua inglesa quantum electrodynamics) radica en la precisión de sus predicciones vinculadas a las magnitudes físicas. Se la considera, por su relevancia, como el modelo que hizo posible el desarrollo del resto de las teorías cuánticas de campos que la siguieron y que conocemos actualmente.
La electrodinámica cuántica recurre al cálculo perturbativo.
Principales características
La electrodinámica cuántica describe cómo interactúan los fotones (las partículas que portan la radiación electromagnética) y los fermiones (una clase de partículas elementales) con carga eléctrica. A nivel formal, es una teoría de campo gauge de tipo abeliana.
De acuerdo a la electrodinámica cuántica, se puede conocer la ecuación de movimiento de un sistema que presenta fotones y fermiones cargados a través de un cálculo perturbativo. La teoría de perturbaciones, en este marco, se basa en partir de un sistema simple al cual se le incorporan alteraciones pequeñas de forma gradual. Esto permite el análisis de un sistema complejo en base a lo que evidencia un sistema más simple.
Para comparar la teoría con los experimentos realizables, se solían calcular los elementos de la matriz S para hallar la sección eficaz de dispersión para las partículas. Con la electrodinámica cuántica, se apela a un desarrollo perturbativo en serie de potencias que posibilita descubrir las secciones eficaces de forma precisa y representarlas gráficamente en diagramas de Feynman.
En este punto es importante aludir a la idea de renormalización. Así se denomina al conjunto de procedimientos que se utiliza para la obtención de términos finitos en el marco de un desarrollo perturbativo. En la teoría cuántica de campos, determinadas magnitudes solo podían calcularse con una serie asintótica: sin embargo, ciertos términos, en el límite de las energías más altas, pueden ser divergentes pese a que los valores que se ven a nivel físico son finitos. Dicha problemática se vincula a la utilización de series perturbativas. De ahí la importancia de introducir la renormalización.
Los aceleradores de partículas apelan a la electrodinámica cuántica.
Aplicaciones de la electrodinámica cuántica
La electrodinámica cuántica tiene múltiples aplicaciones. No solo permitió desarrollar conocimientos teóricos, sino que también cuenta con un uso práctico.
Al contribuir al entendimiento de las interacciones entre los electrones y los fotones, la electrodinámica cuántica hizo posible nuevos diseños de circuitos integrados, transistores y chips que se utilizan en teléfonos, computadoras y otros equipos. Por otro lado, su descripción de la emisión de luz por parte de los átomos fue aprovechada para la creación de láseres que se utilizan en la industria de las telecomunicaciones y en la medicina.
Aceleradores de partículas y microscópicos electrónicos también explotan los aportes de la electrodinámica cuántica, que además abrió la puerta para el futuro desarrollo de la computación cuántica.
Si nos centramos en lo teórico, por otra parte, sus postulados son claves para comprender distintos procesos subatómicos. De manera paralela, la electrodinámica cuántica explica diferentes fenómenos que se dan en el universo.
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