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Cover Bielokúrov V.V., Shirkov D.V. Guía de la teoría cuántica de campos Cover Bielokúrov V.V., Shirkov D.V. Guía de la teoría cuántica de campos
Id: 318262
21.9 EUR

Guía de la teoría cuántica de campos Ed.3, corregida

URSS. 272 pp. (Spanish). ISBN 978-5-9519-4678-2.
  • Paperback
Libro cosido.

Summary

El elemento clave de la física contemporánea es el concepto de campo cuántico. Hoy en día se considera que este constituye la forma universal de la materia que subyace a todas sus manifestaciones físicas. Este libro puede ser recomendado como una primera lectura para aquellos estudiantes y físicos de otras especialidades que quieran comprender las ideas y los métodos más importantes de la teoría cuántica del campo, una de las ramas más matematizadas... (More)


Índice
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Prólogo a la primera edición en castellano9
Prólogo a la segunda edición en ruso11
Prólogo a la primera edición en ruso13
Capítulo I. Conceptos fundamentales17
1. Partículas e interacciones19
1.1. Tema y objetos de investigación19
1.2. «Elementalidad» de las partículas20
1.3. Características de las partículas21
1.4. Propiedades cuánticas de las partículas22
1.5. Interconversión de las partículas26
1.6. Leyes de conservación26
1.7. Tipos de interacciones27
2. Campos cuánticos30
2.1. Campos clásicos30
2.2. Cuantificación32
2.3. Campos cuánticos34
2.4. Interacciones entre campos cuánticos35
3. Simetrías y grupos de transformaciones38
3.1. Simetrías espaciotemporales y simetrías internas38
3.2. Definición de grupo. Subgrupos41
3.3. Grupos abelianos y no abelianos42
3.4. Grupos de Lie43
3.5. Grupo U(1)44
3.6. Representación matricial45
3.7. Grupos unitarios especiales46
3.8. Representaciones47
Capítulo II. Etapas del desarrollo de las concepciones fundamentales53
4. Fundamentación de los principios55
4.1. Relativización de la mecánica cuántica55
4.2. Teoría cuántica de la radiación58
4.3. Antipartículas60
4.4. Campos ondulatorios cuánticos62
4.5. Formulación de la electrodinámica cuántica63
4.6. Modelo de Fermi64
4.7. Modelo de Yukawa65
5. Establecimiento de la electrodinámica cuántica67
5.1. Divergencias ultravioletas67
5.2. Teoría covariante de las perturbaciones para la matriz S69
5.3. Creación de la teoría de las renormalizaciones70
5.4. Logros de la electrodinámica cuántica71
5.5. Comportamiento asintótico en el ultravioleta72
5.6. El grupo de renormalización en la electrodinámica cuántica73
6. Problemática de los años 5075
6.1. Teorema CPT y violación de la paridad75
6.2. Violación de las simetrías77
6.3. Modelo V—A de las interacciones débiles80
6.4. Problemas de las interacciones fuertes81
6.5. Métodos analíticos82
7. Métodos analíticos y axiomáticos84
7.1. Enfoque axiomático84
7.2. Relaciones de dispersión86
7.3. Enfoque analítico89
7.4. Aplicación del método analítico91
7.5. Polos de Regge92
7.6. Reglas de las sumas94
7.7. Ecuación del cuasipotencial95
8. De los quarks a la cromodinámica cuántica95
8.1. Modelos estructurales95
8.2. Simetría SU(3) y quarks97
8.3. Color100
8.4. Partones103
9. Campos de gauge e interacciones106
9.1. Campos de Yang—Mills106
9.2. Cuantificación108
9.3. Campos vectoriales masivos y efecto Higgs109
9.4. Interacciones electrodébiles110
9.5. Renormalización110
9.6. Libertad asintótica y cromodinámica cuántica111
9.7. Interacciones de gauge112
Capítulo III. De las renormalizaciones al grupo de renormalización115
10. Teoría covariante de las perturbaciones117
10.1. Planteamiento del problema117
10.2. Matriz de colisión119
10.3. Reglas de Feynman121
10.4. Esquema axiomático de Bogoliúbov124
11. Divergencias y renormalizaciones125
11.1. Divergencias ultravioletas125
11.2. Regularización128
11.3. Renormalizaciones en electrodinámica cuántica129
12. Teoría de las renormalizaciones132
12.1. Clasificación de las divergencias132
12.2. Renormalizabilidad135
12.3. Renormalización sin contratérminos138
12.4. Divergencias superficiales139
13. Grupo de renormalización140
13.1. Constante de acoplamiento efectiva140
13.2. Renorminvariancia142
13.3. Grupo de renormalización144
13.4. Método del grupo de renormalización145
13.5. Libertad asintótica y «carga cero»147
Capítulo IV. Simetrías locales y su violación151
14. Campos de gauge153
14.1. Transformaciones fásicas locales153
14.2. Campo electromagnético155
14.3. Campos de Yang—Mills158
14.4. Integrales funcionales o de caminos162
14.5. Campo cuántico de Yang—Mills163
15. Violación espontánea de la simetría165
15.1. Ejemplo de la mecánica165
15.2. Ejemplos de la estadística cuántica166
15.3. Caso de la teoría del campo167
15.4. Efecto Higgs171
Capítulo V. Teoría de las interacciones electrod´еbiles175
16. Status actual de la electrodinámica cuántica177
16.1. Momento magnético anómalo del electrón177
16.2. Otros efectos179
16.3. Conclusión180
17. La interacción débil y el bosón intermedio181
17.1. Corrientes e interacción de Fermi181
17.2. Bosones intermedios184
17.3. Problema de la renormalizabilidad187
18. Teoría de Glashow—Salam—Weinberg187
18.1. Elección del grupo de gauge187
18.2. Estructura física189
18.3. Comparación con la experiencia190
18.4. Anomalías e introducción de los quarks192
18.5. Generación193
Capítulo VI. Cromodinámica cuántica197
19. Estructura de los hadrones199
19.1. Dispersión profundamente no elástica de leptones por hadrones199
19.2. Modelo de partones200
19.3. Quarks y gluones201
19.4. Interacción quarkogluónica y libertad asintótica202
20. Teoría de gauge de las interacciones entre quarks y leptones204
20.1. Simetría cromática de los quarks204
20.2. Lagrangiano de interacción205
20.3. Constante de acoplamiento efectiva207
20.4. Status experimental de la cromodinámica cuántica209
20.5. Interacción a grandes distancias212
21. Métodos no perturbativos de la cromodinámica cuántica214
21.1. Descomposición 1/N c214
21.2. Condensados de vacío y reglas de las sumas215
21.3. Variante reticular de la cromodinámica cuántica216
Capítulo VII. Modelos hipotéticos de interacciones221
22. Idea de la unificación de las interacciones223
22.1. Modelo estándar223
22.2. Aumento del grado de simetría con el crecimiento de la energía224
22.3. Constantes de acoplamiento efectivas en el modelo estándar225
22.4. Hipótesis de la confluencia de las constantes de acoplamiento efectivas227
22.5. La nueva simetría y su violación228
23. Modelos de gran unificación229
23.1. Estructura del modelo SU(5)230
23.2. Desintegración del protón231
23.3. Monopolos233
23.4. Limitaciones de los modelos de gran unificación235
24. Superteorías236
24.1. Supersimetría236
24.2. Teoría cuántica supersimétrica del campo239
24.3. Supergravedad243
24.4. Compactificación de las dimensiones «complementarias»245
24.5. Teoría de cuerdas248
25. Visión general de la teoría cuántica de campos251
25.1. Naturaleza de la evolución de la teoría cuántica de campos251
25.2. Complicación del aparato matemático253
25.3. Abstracción y evidencia255
Bibliografía257
Índice de autores259
Índice de materias262

Prólogo a la primera edición en castellano
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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.

Bielokúrov Vladímir Víktorovich
Doctor en Ciencias Físicas. Profesor de la Cátedra de Física de Altas Energías de la Universidad Estatal Lomonósov de Moscú

Shirkov Dmitri Vasílievich
Miembro de la Academia de Ciencias de Rusia. Director del Laboratorio Bogoliúbov de Física Teórica de Dubná

Prólogo a la segunda edición en ruso
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Este libro describe la concepción moderna del micromundo en su desarrollo histórico, en cuya base se encuentran por una parte los campos cuánticos como forma universal de la existencia de la materia y, por otra, la teoría de las interacciones entre los mismos.

Tras la primera edición rusa el libro fue siendo modificado y complementado en sus ediciones en inglés y en español (The Theory of Particle Interactions, American Institute of Physics. NY, 1991; Guía de la teoría cuántica de campos. Moscú: URSS, 1997, 2011, 2017, 2021).

El intenso desarrollo experimentado por la ciencia en los últimos años es un hecho objetivo. No obstante, en la preparación de la segunda edición rusa partimos de la base de que los nuevos resultados (teóricos y experimentales) prácticamente no han ejercido influencia alguna ni sobre los conceptos básicos de la teoría ni sobre los modelos de las interacciones fundamentales de los campos cuánticos, a los cuales está dedicado el presente libro. Es precisamente el carácter invariante en el tiempo del material del libro la causa que nos incita a no efectuar cambios profundos en su contenido o estructura para su nueva edición.

Asimismo, hemos decidido que la segunda edición del libro en ruso, que tiene lugar después del fallecimiento de Dmitri Vasílievich Shirkov, conserve el título de «Teoría de las interacciones de los campos», pues así precisamente era como él coloquialmente prefería referirse a este libro.

La mirada puesta en el futuro y la apertura a todo lo nuevo fueron los rasgos que siempre caracterizaron al profesor Shirkov. Ir hacia adelante de forma firme y segura es imposible sin tener una base sólida. Precisamente por ello entre las prioridades fundamentales del gran maestro se hallaba el crear libros para amplios círculos de lectores, y especialmente para los que comienzan su camino por el mundo científico, que contribuyeren a facilitar el acceso a los resultados de las etapas más importantes del desarrollo de la ciencia.

En cierta ocasión, tras regalarme un ejemplar de la nueva edición de su libro conjuntamente escrito con su maestro Nikolái Nikoláievich Bogoliúbov, me escribió en su primera página un texto que modificaba una famosa canción:

¿Y no es, acaso, porque la vida es espera,

la razón por la que se escriben libros y se construyen edificios?

Todo está aún por hacer. ¡Todo está aún por delante!

¡Inicia tu camino!

Estas palabras pueden considerarse como su mensaje póstumo para los lectores de nuestro libro y para los autores de futuros libros que continuarán las tradiciones educativas que eran tan importantes para el gran científico.

La segunda edición del libro no es el único motivo por el cual debemos expresar nuestro agradecimiento a los directores y fundadores de Editorial URSS, agradecimiento que no debería de ningún modo quedarse limitado al presente prólogo. Domingo Marín Ricoy y Viktoria Malishenko, jóvenes físicos con talento, sacrificando sus propios intereses científicos y con un trabajo digno de ejemplo, comenzaron y llevan a cabo la tarea de la edición de libros de ciencia en unas circunstancias no de las más favorables. Por ello les deben expresar su agradecimiento no sólo los científicos que son autores de los libros que publican, sino también los muchos miles de lectores, a los que Editorial URSS abre el camino a la ciencia.

V. V. Bielokúrov


Prólogo a la primera edición en ruso
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"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.


About the authors
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photoVladímir 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.

photoDmitri 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).