a teoria quântica de campos se casa com as ideias de outras teorias quânticas para retratar todas as partículas como “excitações” que surgem em campos subjacentes. O físico britânico Paul Dirac começou a rolar a bola no final da década de 1920 com sua equação descrevendo como elétrons relativistas – e com ele a maioria das outras partículas de matéria-se comportam.
a teoria quântica padrão desenvolvida por Niels Bohr e Werner Heisenberg na década de 1920 é boa para descrever o funcionamento de partículas individuais em isolamento e em velocidades lentas. Mas para explicar suas interações no mundo real, você precisa de algo mais.
em particular, você precisa se casar com a teoria quântica com a relatividade especial, a teoria de Einstein de como o espaço e o tempo deformam para coisas que viajam a altas velocidades. A relatividade especial diz que a massa e a energia são intercambiáveis, como encarnado pela equação E=mc2. O princípio da incerteza quântica de Heisenberg, enquanto isso, diz que as partículas podem pedir energia emprestada do vácuo por uma certa quantidade de tempo.
a equação de Dirac tinha uma picada na cauda: ele previu a existência de uma partícula idêntica ao elétron em todos os sentidos, além da carga elétrica oposta. O positrão, a primeira partícula de antimatéria, foi devidamente descoberto em raios cósmicos alguns anos depois. Foi o primeiro de uma nova coleção de partículas que os teóricos propuseram como teorias de campo quântico evoluíram-e que mais tarde surgiu na realidade.
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duas teorias de campos quânticos estão no coração do modelo padrão da física de partículas. O produto de muitas décadas de trabalho teórico, meticulosamente confirmado por experimento, este modelo cobre o funcionamento de três das quatro forças da natureza através de interações de partículas de bósons Portadores de força com férmions que produzem matéria.
eletrodinâmica quântica (QED) é a teoria unificada do eletromagnetismo e da força nuclear fraca, que governa processos nucleares tais como decaimento beta radioativo que são cruciais, por exemplo, em como o sol queima seu combustível.
cromodinâmica quântica (QCD), enquanto isso, é a teoria da força nuclear forte. Transmitida por bósons chamados glúons, esta força forte e de curto alcance liga quarks juntos para fazer partículas como prótons e nêutrons.
a glória coroada do modelo padrão veio em 2012, com a descoberta do bosão de Higgs, previsto quase cinco décadas antes. A massa é a propriedade mais sólida da matéria, e a massa de uma partícula fundamental é determinada pelo seu grau de interação com o bosão de Higgs. De acordo com uma teoria proposta pela primeira vez em 1964, o campo semelhante ao melaço associado com o Higgs fornece um arrasto que varia de acordo com o tipo de partícula.
o que ainda nos falta, no entanto, é uma teoria quântica de campos da gravidade. Sozinha das quatro forças, a gravidade não tem partículas ligadas a ela, e é em vez disso explicada pela Teoria Geral da relatividade de Einstein como a deformação do espaço-tempo – uma chaleira de peixe muito diferente. Richard Webb