El documento aborda la teoría cuántica de campos (QFT) y su conexión con la física de partículas, astrofísica y ondas gravitacionales. Destaca la ruptura de simetría y el confinamiento en la cromodinámica cuántica, así como la unificación de las interacciones débiles y electromagnéticas a través del mecanismo de Higgs. Se plantea que las futuras investigaciones en ondas gravitacionales pueden ofrecer nuevas perspectivas sobre la unificación de la gravedad y la QFT, fomentando la colaboración en nuevas investigaciones.

1. El éxito de la teoría cuántica de campos (QFT) se basa en un par de modelos
de física de partículas inspirados en la ruptura espontánea de la simetría.
Editor: Herman J. Mosquera Cuesta
Co-Editores: Fabián H. Zuluaga Giraldo,
Wilmer Daniel Alfonso P.,
Edgardo J. Marbello Santrich.
INTECH_OPEN/2024
Teoría Cuántica de
Campos y su Interfaz
con Física de Astro-
Partículas y Astronomía
de Ondas
Gravitacionales
3/6/2024

2. Tema del libro 1: Física de Partículas (PP) ---
Palabras clave:
Teoría Cuántica de Campos, Modelo Estándar
Sector Oscuro y Universo Primordial
Interfaz PP-Fondos Astrofísicos/Cosmológicos de GW
Tema del libro 2: Física de Astro-Partículas ---
Palabras clave:
Energía Oscura, Materia Oscura
Radiación Oscura
Física/Astrofísica de Neutrinos
Interfaz GW-Aceleradores de Partículas
Tema del libro 3: Ondas Gravitacionales (GW) ---
Palabras clave:
Fuentes Astrofísicas, Fuentes Cosmológicas, Fondo Estocástico
Modo B/CMB y GW
Detección de Precisión del Espectro de GW
Interfaz Física de Partículas / Fondo de Ondas Gravitacionales
Gravitación/Gravedad Cuántica: Sugerencias a partir de Futuras Observaciones de GW
3/8/2024

3. Acerca del libro
• El éxito de la teoría cuántica de
campos (QFT) se basa en un par de
modelos de física de partículas
inspirados en la ruptura espontánea
de simetría.
• Se reconoce la propiedad
fundamental denominada
"Confinamiento” como el pilar clave
de la teoría de la cromo-dinámica
cuántica (QCD) de Gell-Mann.
• (Confinamiento : significa que sus
campos subyacentes --quarks, gluons-
- nunca aparecen como estados
asintóticos)
• QCD describe interacciones fuertes de
quarks mediadas por gluons, que
poseen carga de color.
• Se conoce como teoría de calibre (una en la que
los portadores de fuerza se transforman como
vectores bajo el grupo de Lorentz) SU(3) del
modelo estándar actual para partículas
elementales:
• quarks y leptons
• Y fuerzas : SU(3)×SU(2)_ {L}×U(1),
• que abarca las interacciones fuertes,
electromagnéticas y débiles.
• El grupo de simetría QCD, que tiene ocho cargas
conservadas (8 gluons l.i.), se denomina color
SU(3).
• La teoría ofrece una explicación coherente de por
qué los quarks/gluons son las partículas
fundamentales que forman los hadrons
compuestos (protones/neutrones/piones...),
constituyentes de casi toda la materia existente
en el universo.
3/6/2024

4. • También se identifica la teoría
electro-débil de Weinberg-Salam-
Glashow, que proporciona una
descripción sólida de los bosones
vectoriales masivos cargados W^{+} y
W^{-} y sin carga Z^{0} (y el fotón Y),
a través de la simetría electro-débil
que se rompe en SU(2)×U(1)_{Y } ---
U(1)_{em} efectuada por el
mecanismo de Higgs.
• (El mecanismo: el campo de Higgs --
doblete escalar complejo y neutro--,
cuyo estado fundamental
corresponde a un estado excitado de
valor esperado en vacío (VEV)
distinto de cero-, rompe la simetría
electro-débil y posteriormente
interactúa con (cuatro) partículas (en
estado) previamente sin masa para
darles masa.)
3/6/2024

5. • Tres componentes
(denominados: bosones de
Goldstone) del campo de Higgs
pasan a formar parte de los
bosones masivos W/Z.
• El restante se convierte en el
propio bosón de Higgs.
• Los quarks, (antes sin masa),
interactúan con el VEV ≠ 0 del
campo de Higgs y la energía
potencial positiva resultante se
convierte en lo que se mide
como masas en reposo de los
quarks.
• Este modelo fusiona el
electromagnetismo (corriente
cargada, corriente neutra;
leptónica, semi-leptónica,
hadrónica) e interacciones
débiles en un único escenario.
• Las energías a las que este
estado (simetría) aparece está
por encima de la escala de
unificación 246 GeV
(temperatura ~10^{15} K).
• Esta escala define la época de
los quarks en el universo
primitivo.
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6. • Matemáticamente, las interacciones
débiles, caracterizadas por su
único/exclusivo cambio de sabor, se
unifican con el electromagnetismo a
través de un campo de Yang-Mills con
un grupo de calibre SU(2)×U(1).
• Dicho grupo define las operaciones
formales que se pueden aplicar a los
campos de calibre electro-débiles
(iso-spin débil W_{1}, W_{2}, W_{3} -
para interacciones con W^{+,-}, e
hiper-carga débil B -para
interacciones con Z^{0}) sin cambiar
la dinámica del sistema.
• Esta invariancia se conoce
como Simetría Electro-Débil.
• La interacción electro-débil se
estableció firmemente
experimentalmente mediante el
descubrimiento de corrientes neutras
en la dispersión de neutrinos y en las
colisiones protón-antiprotón.
3/6/2024

7. • Mientras tanto, a lo largo de los años se ha
insistido en que la teoría general de la
relatividad y la teoría cuántica de campos no
pueden "fusionarse" en una especie de teoría
cuántica de la gravitación.
• Inferencia alcanzada, en especial, por la falta
de pistas de la naturaleza sobre qué dirección
seguir; y en virtud de las escalas de energía
necesarias para probarlo.
• Tal afirmación no es correcta en lo que
respecta a la gravitación semi-clásica (aunque
no es el tipo de teoría con la que la comunidad
física se siente cómoda) porque funciona
bastante bien para calcular adecuadamente los
valores esperados (promedios estadísticos)
para la dinámica del campo.
• Un posible camino a seguir para unificar La
gravitación y la QFT --como se buscan
actualmente-- pueden ser, concomitantes con la
era de la cosmología de precisión, la astronomía
de ondas gravitacionales (GW) iniciada por
LIGO/VIRGO Coll. (2015); siendo objetivos
factibles los fondos cosmológicos/astrofísicos de
GW.
• Con la llegada de estas fronteras de la
investigación, las próximas décadas prometen
nuevas vías para comprender mejor el universo.
• Esto nos impulsa a dar la bienvenida a los
investigadores en estos campos para que
contribuyan con artículos originales o de revisión,
que se publicarán como capítulos de este volumen
especial sobre el cruce de caminos en los que QFT,
física de astro-partículas y astronomía de GW
pueden converger para guiarnos hacia avances
trascendentales respecto de cómo funciona
realmente el universo – i.e. la Naturaleza.
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