Lo que unifica magnetismo con carga eléctrica a instancias de la electrodinámica cuántica (QED) es el campo electromagnético intermediado y transportado por cuantos de radiación denominados fotones (carga eléctrica q0 y masa m=0) entre los opuestos, con masa y carga, leptón y protón, que dicho de manera clásica (CED) se expresa mediante la constante eléctrica dividido la constante magnética Ke/Km= c y que proporciona la velocidad de la luz (misma que portan los fotones). Sabido es que el campo eléctrico, de mucho mayor intensidad, genera un campo transversal magnético, se deduce que el fotón en movimiento transporta estos vectores perpendiculares, o fuerzas tensoriales, tan lejos como el alcance de los orbitales del electrón o la amalgama protónica nucleica lo permitan. Se podría conjeturar que esos vectores o tensores bosónicos se deben a un espaciotiempo de geometría de matriz deflectora. Se podría imaginar una celda de memoria capacitiva -donde el cuadrado de la carga eléctrica almacenada se traslada entre reductos de compacidad espaciales- que permeada por electromagnetismo al campo y sus fuerzas vuelve reales.

Campo de fuerza eléctrico

Carga electromagnética y masa gravitatoria

Ortogonalidad transversal-perpendicular de matriz electromagnética

Fuerzas como constantes universales

Unificación electromagnética operada por James Clerk Maxwell
Yendo al problema central de la carga eléctrica clásica, Maxwell postula el principio de conservación de la carga, afirma que la carga eléctrica no se crea ni se destruye, ni global ni localmente, sino que únicamente se transfiere; y que si en una superficie cerrada está disminuyendo la carga contenida en su interior, debe haber un flujo de corriente neto hacia el exterior del sistema. Ello implica que la densidad de carga y la densidad de corriente satisfacen una ecuación de continuidad. Entonces, clasicamente, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. Eso clasicamente.
Ahora bien, cuánticamente ¿qué es exactamente la carga eléctrica o
electromagnética -incluyendo momento magnético o spin- y cómo es que está allí? y fundamentalmente ¿cómo se polariza una partícula quark o leptón en su endógena carga eléctrica? Al igual que las otras leyes de conservación, la conservación de la carga eléctrica está asociada a una simetría del lagrangiano, llamada en física cuántica invariancia gauge; la conservación de la carga implica, al igual que la conservación de la masa gravitatoria, que en cada punto del espacio se satisface una ecuación de continuidad que relaciona la derivada de la densidad de carga eléctrica con la divergencia del vector densidad de corriente eléctrica, dicha ecuación expresa que el cambio neto en la densidad de carga q dentro de un volumen prefijado V es igual a la integral de la densidad de corriente eléctrica J sobre la superficie S que encierra el volumen, que a su vez es igual a la intensidad de corriente eléctrica I. Esta propiedad se conoce como cuantización de la carga y el valor fundamental corresponde al valor de carga eléctrica que posee el electrón y al cual se lo representa como e. Cualquier carga q que exista físicamente, puede escribirse como N x e siendo N un número entero, positivo o negativo ¿Por qué la carga es una magnitud cuantizada?  En el contexto de la teoría de Kaluza-Klein, Oskar Klein encontró que si se interpretaba el campo electromagnético como un efecto secundario de la curvatura de un espacio-tiempo de topología M x S1, entonces la compacidad de S1 comportaría que el momento lineal según la quinta dimensión estaría cuantizado y de ahí se seguía la cuantización de la carga. La existencia de cargas fraccionarias en el modelo de quarks, complica el panorama, ya que el modelo estándar no aclara porqué las cargas fraccionarias no pueden ser libres. Y sólo pueden ser libres cargas que son múltiplos enteros de la carga elemental; o del poder pitagórico de la unicidad en lo entero (lo entero son los cuantos mismos observo). Otra propiedad de la carga eléctrica es su invariante relativista. Eso quiere decir que todos los observadores, sin importar su estado de movimiento y su velocidad, podrán siempre medir la misma cantidad de carga. Así, a diferencia de la masa o el tiempo, cuando un cuerpo o partícula se mueve a velocidades comparables con la velocidad de la luz, el valor de su carga no variará; y si bien la carga cuantizada es de naturaleza discreta en ocasiones las cargas eléctricas en un cuerpo están tan cercanas entre sí, que se puede suponer que están distribuidas de manera uniforme por el cuerpo del cual forman parte. La característica principal de estos cuerpos es que se los puede estudiar como si fueran continuos, lo que hace más fácil su tratamiento. Se distinguen tres tipos de densidad de carga eléctrica: lineal (culombs/metro), superficial (culombs/m2) y volumétrica (culombs/m3).

La gran pregunta que queda por responder es por qué la carga del electrón y la carga del protón son iguales, siendo el primero una partícula elemental y el segundo una partícula compuesta. Podríamos afirmar que la carga elemental de los quarks down y up es -1 y +2, de tal forma que la carga del protón es +3 (=+2+2-1). La cuestión es por qué la carga del electrón es -3, siendo una partícula tan elemental como los quarks ¿Por qué están imbricadas las simetrías SU(3) de color y la SU(2) de sabor de tal forma que las cargas de electrón y protón son iguales y opuestas? El Standard Model no aclara esta cuestión. Uno de los objetivos de las teorías de gran unificación, como la fallida SU(5) o SO(10), es aclarar este hecho introduciendo una simetría más grande que explique este hecho gracias a la descomposición SU(3) x SU(2). ¿Por qué la carga eléctrica está cuantizada y es una propiedad intrínseca para cada partícula? La QED (electrodinámica cuántica) como teoría gauge explica este hecho en la simetría U(1) para la fase de la función de onda, siendo la fase un ángulo, la carga eléctrica equivale a un “número de vueltas” en dicho ángulo y este número de vueltas (positivas o negativas) cumple la simetría U(1) si es un número entero; no cumple la simetría U(1) dar media vuelta o dar pi/3 vueltas; por eso solo hay partículas con un número entero de unidades elementales de carga. Ahora bien, nadie sabe por qué la función de onda de ciertas partículas elementales cumple con las simetrías de la QED (y no otras simetrías diferentes); quizá haya que pensar la leptogénesis y bariogénesis para dilucidar o solo empezar a entreverlo……

Ahora bien, la electrodinámica cuántica (QED), la teoría que describe la interacción entre electrones y fotones, es una teoría de Yang-Mills abeliana, es decir, basada en un grupo de Lie abeliano o conmutativo, en concreto, U(1). En la QED la constante de acoplamiento (básicamente la carga eléctrica) crece con la energía (la interacción se vuelve más fuerte a distancias muy cortas). La cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe la interacción entre quarks y gluones, es una teoría de Yang-Mills no abeliana, es decir, basada en un grupo de Lie no abeliano, en concreto, SU(3). En la QCD la constante de acoplamiento (se suele llamar g) decrece con la energía (la interacción entre quarks se vuelve más débil a distancias cortas). A este fenómeno se le llama libertad asintótica (Premio Nobel de Física de 2004 para Gross, Wilczek y Politzer). La gravedad clásica (la teoría general de la relatividad de Einstein) afecta a la constante de acoplamiento de una teoría de Yang-Mills abeliana (a la carga eléctrica en QED) a muy alta energía (o distancias ultracortas) invirtiendo su dependencia con la energía, que pasa a reducirse conforme la energía crece. La gravedad acoplada con la QED hace que la QED presente el fenómeno de la libertad asintótica propio de la QCD.




En la interacción nuclear electrodébil se observa radioactividad, en esa fuerza de interacción mediada por los masivos bosones W y Z se produce entre otras manifestaciones desintegración beta, decaimiento de un pesado neutrón en un protón + un electrón + un antineutrino para mejor estabilización termodinámica del corpúsculo subatómico y su consecuente ahorro de energía, en este proceso, un quark down en un neutrón cambia en un quark up protónico emitiendo un bosón W, que luego se rompe en electrones de alta energía y un antineutrino electrónico; la fuerza nuclear débil es un campo de fuerzas 10 a la 13 veces menor que la nuclear fuerte; aun así esta interacción es 10 a la 30 veces -a cortas distancias- más fuerte que la gravitación.

Anuncios