Bielokúrov V.V., Shirkov D.V.Ак✦★★ Guía de la teoría cuántica de campos №45

Índice

Prólogo a la primera edición en castellano

La teoría cuántica de campos es la rama más avanzada de la física teórica moderna. Esta teoría proporciona el marco más adecuado para la descripción teórica de las micropartículas y sus interacciones.

El elemento clave de esta teoría es el concepto de campo cuántico. Hoy en día se considera que éste constituye la forma universal de la materia que subyace a todas sus manifestaciones físicas. Un mismo campo cuántico describe todas las partículas (y antipartículas) de una clase dada presentes en el universo. La interacción entre partículas se representa mediante la interacción de varios campos diferentes o de un mismo tipo en un punto cualquiera del espaciotiempo.

La forma en que los campos cuánticos interactúan está determinada por las simetrías existentes en la naturaleza. Esto último, el denominado principio de la dinámica gauge y su realización para los tipos conocidos de interacciones, se explica con detalle en este libro. El principio de gauge simplifica esencialmente las generalizaciones interiores de la teoría, las cuales también serán aquí discutidas.

Las ideas y los resultados de la teoría cuántica de campos desempeñan cada vez un papel más importante en otras partes de la física como son la astrofísica, la cosmología y la física nuclear. Además, muchos de los métodos matemáticos creados dentro de su marco han sido aplicados con gran éxito en otras ramas de la física teórica. En este contexto, tanto desde el punto de vista físico como desde el metodológico la teoría cuántica de campos es una zona de vanguardia de toda la física teórica.

Este libro puede ser recomendado como una primera lectura para aquellos estudiantes y físicos de otras especialidades que quieran comprender las ideas y métodos más importantes de la teoría cuántica de campos, la rama más matematizada y abstracta de la física teórica.

Asimismo, los autores esperan que los lectores de este libro se formen una idea más completa de los resultados obtenidos en este campo por los físicos soviéticos.

Para la edición española los autores actualizaron el libro introduciendo algunos cambios obligados por el desarrollo de la teoría.

Finalmente, los autores quieren expresar su más sincero agradecimiento a la Editorial URSS y, en especial, a los traductores de nuestra obra, Domingo Marín Ricoy y Viktoria Malishenko, cuyas observaciones nos ayudaron a mejorar nuestro libro.

Prólogo a la primera edición en ruso

"La cultura es de inculcar con mesura evitando, en la medida de lo posible, el derramamiento de sangre". Este principio, formulado por un gran satírico ruso, ha sido la guía que los autores han intentado seguir en la exposición de la historia y del estado de desarrollo actual de la rama de la física más abstracta y matematizada, la teoría cuántica de campos.

En su casi medio siglo de existencia, la teoría de las partículas elementales ha cambiado ya varias veces su aspecto externo. Su historia podría ser dividida en tres etapas. Los primeros treinta años se caracterizarían por un desarrollo progresivo de la electrodinámica cuántica. Este período empezaría con los trabajos pioneros de los años 20 y abarcaría hasta la época de la creación de la teoría general de las renormalizaciones y del método del grupo de renormalización. La segunda etapa se prolongaría durante unos quince años, y podría ser caracterizada por la aparición, como alternativa a la teoría cuántica de campos local, de distintos métodos y enfoques teóricos cuyo desarrollo se vería frenado por las dificultades que aparecían al ser aplicados al estudio de las interacciones débiles y fuertes. Todavía en este período, los términos "teoría de las partículas elementales" y "teoría cuántica de campos" tenían, para la mayoría de los físicos, distinto sentido. A comienzos de los años 70 la situación cambió de forma bastante radical y en un sentido opuesto. Complementada ahora con el principio dinámico de la simetría de gauge local (también denominada simetría de calibración o de aforo) la teoría cuántica de campos irrumpió en el primer lugar, ocupando posiciones muy sólidas no sólo en la electrodinámica sino también en la teoría de las interacciones fuertes y de las interacciones débiles. De esta forma la espiral de desarrollo de la teoría de partículas y de sus interacciones efectuó un giro completo, alzándose con ello a un nuevo nivel cualitativamente distinto.

La rehabilitación de la teoría cuántica de campos local, con una nueva fundamentación basada en el gauge (calibración), se desarrolló bastante rápidamente y culminó triunfalmente a comienzos de los 80. Si a esta rapidez en su restablecimiento le sumamos el uso que hace la teoría de nuevos conceptos físicos no observables (número cuántico "color", quarks, gluones, ...), se comprende la dificultad que la misma experimenta para adentrarse en la conciencia de los físicos de otras especialidades.

El presente libro surgió de un breve curso destinado a una amplia pero bastante cualificada audiencia, que fue impartido por uno de los autores en varias ocasiones y en distintas universidades. No obstante, el material de dicho curso se amplió notablemente a medida que se iba escribiendo el libro. La presente exposición no se debe entender como una crónica detallada de los logros obtenidos en la teoría de las partículas elementales. El deseo de los autores fue el de esbozar con suficiente detalle y a la vez de forma comprensible sólo los momentos principales, en tanto que imprescindibles, del desarrollo de la teoría. El objetivo del libro es el de ayudar a los físicos no especialistas a entrar en un círculo de nuevos conceptos. No nos hemos puesto el objetivo, incluso ni siquiera aproximadamente, de reflejar las aportaciones de los diferentes científicos; por esta razón sólo serán citados unos cuantos nombres, en cuyo caso las iniciales se darán únicamente cuando el particular aparezca por primera vez.

En un texto de estas características no parece racional el dejar de utilizar fórmulas y conceptos matemáticos. Al mismo tiempo los autores intentaron reducir su uso al mínimo. Todos los conceptos que nos pareció que podrían ser desconocidos para muchos lectores se acompañan de las oportunas aclaraciones.

Al final del libro hay una pequeña lista de referencias, más o menos accesibles por su nivel, que recomendamos para profundizar en los temas tratados en este libro.

Estamos muy agradecidos a muchos de nuestros colegas por su ayuda y útiles debates. Expresamos nuestro especial reconocimiento a los profesores A.M.Baldin, D.I.Kazakov, M.G.Mieschieriakov, V.I.Oguievietski, A.V.Radiushkin, A.A.Slavnov y A.N.Tavjelidze, dado que las consultas con los mismos han sido utilizadas para la composición de varias secciones. También queremos expresar nuestro especial agradecimiento a L.B.Ókuñ por la escrupulosa lectura que realizó del original, así como por sus numerosos comentarios y consejos, la mayoría de los cuales fue tomada en consideración.

Sobre los autores

De izguierda a derecha: V.V.Bielokúrov, D.V.Shirkov


Vladímir Víktorovich Bielokúrov

Doctor en Ciencias Físico-Matemáticas. Nació el 7 de septiembre de 1951. Profesor del Departamento de Física de Partículas y Cosmología de la Facultad de Física de la Universidad Lomonósov de Moscú; vicerrector de esta institución. En 1974 se graduó en la Facultad de Física de esta universidad, donde en 1977 también concluyó estudios de postgrado.

Sus investigaciones han estado dedicadas principalmente a los problemas matemáticos de la teoría cuántica de campos, donde los importantes resultados que ha obtenido han servido de base para el desarrollo de nuevas direcciones de investigación en esta rama de la física moderna.

Ha publicado más de 100 trabajos científicos, incluidas cinco monografías.

Dmitri Vasílievich Shirkov

Conocido físico teórico. Nació el 3 de marzo de 1928. Concluyó sus estudios en la Facultad de Física de la Universidad Lomonósov de Moscú en 1949. Director honorario del Laboratorio "N. N. Bogoliúbov" del Instituto Central de Investigaciones Nucleares. Profesor emérito de la Universidad Lomonósov de Moscú. Laureado con el Premio Lenin (1958) y el Premio Estatal de la Unión Soviética (1984).

Sus principales trabajos están relacionados con la teoría del transporte y frenado de neutrones, los fundamentos de la teoría cuántica de campos, la teoría de la superconductividad, la física de altas energías, la cromodinámica cuántica y los problemas de contorno de la física matemática clásica.

Es autor de más de 200 publicaciones científicas, incluidas cinco monografías, entre las cuales se destacan Introducción a la teoría de campos cuánticos (en colaboración con N. N. Bogoliúbov; siete ediciones en cuatro idiomas) y Un nuevo método en la teoría de la superconductividad (en colaboración con N. N. Bogoliúbov y V. V. Tolmachov).

Об авторах

Vladímir Víktorovich Bielokúrov

Doctor en Ciencias Físico-Matemáticas. Nació el 7 de septiembre de 1951. Profesor del Departamento de Física de Partículas y Cosmología de la Facultad de Física de la Universidad Lomonósov de Moscú, de la que fue vicerrector. En 1974 se graduó en la Facultad de Física de esta universidad, donde en 1977 también concluyó los estudios de postgrado.

Sus investigaciones han estado dedicadas principalmente a los problemas matemáticos de la teoría cuántica de campos, donde los importantes resultados que ha obtenido han servido de base para el desarrollo de nuevas direcciones de investigación en esta rama de la física moderna.

Ha publicado más de 100 trabajos científicos, incluidas cinco monografías.

Dmitri Vasílievich Shirkov

Académico de la AC de Rusia. Nació el 3 de marzo de 1928. Concluyó sus estudios en la Facultad de Física de la Universidad Lomonósov de Moscú en 1949. Fue director honorario del Laboratorio «N. N. Bogoliúbov» del Instituto de Investigaciones Nucleares de Dubná. Profesor emérito de la Universidad Lomonósov de Moscú. Laureado con el Premio Lenin (1958) y el Pre­mio Estatal de la Unión Soviética (1984).

Sus principales trabajos están relacionados con la teoría del transporte y frenado de neutrones, los fundamentos de la teoría cuántica de campos, la teoría de la superconductividad, la física de altas energías, la cromodinámica cuántica y los problemas de contorno de la física matemática clásica.

Es autor de más de 200 publicaciones científicas, incluidas cinco monografías, entre las cuales se destacan Introducción a la teoría de campos cuánticos (en colaboración con N. N. Bogoliúbov, siete ediciones en cuatro idiomas) y Un nuevo método en la teoría de la superconductividad (en colaboración con N. N. Bogoliúbov y V. V. Tolmachov).