Partículas surgem do nada?

Por causa da relatividade de Einstein, algumas pessoas entenderam que o mundo não pode ser descrito em termos de partículas (de uma forma leiga, a razão é justamente a origem da sua pergunta!). Então criou-se o que se chama hoje "teoria quântica de campos". O campo nesse caso, como o nome diz, é o grau de liberdade quântico que se usa para descrever o sistema. Fora o fato de ele ser contínuo (o que faz toda a diferença), as regras da mecânica não se alteram.

Bem, então como que se interpreta uma partícula numa teoria de campos? Isso é meio anti-intuitivo, eu acho. Porque quando alguém fala em partícula, as pessoas estão pensando em algo localizado. Contudo, as partículas de teoria quântica de campos são estados assintóticos com momento bem definido. Isso quer dizer, pelo princípio da incerteza, que não há informação alguma sobre a posição. Claro que se pode tentar estudar se uma teoria quântica de campos tem uma interpretação de partícula mais condizente com a nossa intuição (relativa à localização), mas não vou entrar nesses detalhes aqui.

Bem, a idéia que quero passar é que partícula é apenas uma configuração do campo quântico. Ela não existe de verdade, mas é assintótica no sentido de que se você observar um campo cuja interações com outros campos vai ficando cada vez mais fraca, o estado dele vai se aproximando de um desses. Bem, então o que acontece? Quando um campo interage com outro, a configuração dos dois muda. Pode ser que às vezes, um campo que estava num estado que chamamos de uma partícula, depois da interação fica deformado numa outra configuração que chamamos de duas partículas!

Voltando à relatividade para fechar a resposta, uma das coisas mais interessantes é que essa configuração do campos em termos de partículas não é invariante por troca de referenciais (não-inerciais). Isso quer dizer que simplesmente indo para um referencial não inercial você pode ver o campo num estado completamente diferente, que você chamaria de quantidade de partículas diferente.

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