Interaición Electromagnética

Dende un puntu de vista microscópicu y afitáu un observador, suel dixebrase en dos tipos d'interaición, la interaición electrostática, qu'actúa sobre cuerpos cargaos en reposu respeuto al observador, y l'interaición magnética, qu'actúa solamente sobre cargues en movimientu respeuto al observador.

Interaición electromagnética
fenómenu físicu y interaición fundamental
modelo electrodébil (es)

Les partícules fundamentales interactúan electromagnéticamente por aciu l'intercambiu de fotones ente partícules cargaes. La electrodinámica cuántica apurre la descripción cuántica d'esta interaición, que puede ser unificada cola interaición nuclear débil según el modelu electrodébil.

Na descripción del electromagnetismu antes de la so formulación relativista, el campu electromagnéticu describíase como una interaición na que les partícules cargaes en función de la so carga y estáu de movimientu creaben un campu llétrico (Y) y un campu magnéticu (B) que, xuntos, yeren responsables de la fuercia de Lorentz. Maxwell probó que dichos campos podíen ser derivaos d'un potencial esguilar (Φ) y un potencial vector (A) daos poles ecuaciones:

${\displaystyle \mathbf {Y} ={\frac {1}{c}}{\frac {\partial \mathbf {A} }{\partial t}}-\nabla \phi }$ 

${\displaystyle \mathbf {B} =\nabla \times \mathbf {A} }$ 

Sicasí, esta formulación nun yera explícitamente covariante como rique la formulación que fai la teoría de la relatividá. Na formulación explícitamente covariante el campu electromagnéticu clásicamente trátase como un campu de Yang-Mills ensin masa y deriváu d'un cuadrivector de potencial. Más concretamente'l campu electromagnéticu ye una 2-forma exacta definida sobre'l espaciu-tiempu. El cuadrivector potencial ye una 1-forma que la so diferencial esterior ye, precisamente, el campu electromagnéticu.

Na teoría de la relatividá especial la interaición electromagnética carauterizar por un (cuadri)tensor de segundu orde, llamáu tensor campu electromagnéticu:

${\displaystyle \mathbf {F} ={\begin{pmatrix}F_{00}&F_{01}&F_{02}&F_{03}\\F_{01}&F_{11}&F_{12}&F_{13}\\F_{02}&F_{21}&F_{22}&F_{23}\\F_{03}&F_{31}&F_{32}&F_{33}\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}0&Y_{x}/c&Y_{y}/c&Y_{z}/c\\-Y_{x}/c&0&B_{z}&-B_{y}\\-Y_{y}/c&-B_{z}&0&B_{x}\\-Y_{z}/c&B_{y}&-B_{x}&0\end{pmatrix}}}$ 

Esti tensor campu electromagnéticu satisfai les ecuaciones de Maxwell qu'en notación tensorial (y sistema cgs) escríbense davezu:

${\displaystyle {\partial F^{\alpha \beta } \over {\partial x^{\alpha }}}={4\pi \over c}J^{\beta }\qquad {\partial F_{\alpha \beta } \over \partial x^{\gamma }}+{\partial F_{\gamma \alpha } \over \partial x^{\beta }}+{\partial F_{\beta \gamma } \over \partial x^{\alpha }}=\epsilon _{\mu \beta \gamma }g^{\alpha \mu }{\partial F^{\beta \gamma } \over \partial x^{\alpha }}=0}$ 

Estes ecuaciones pueden escribise de forma más compacta usando la derivada esterior y l'operador dual de Hodge de forma bien elegante como:

${\displaystyle \mathrm {d} \mathbf {F} =0\qquad *\mathrm {d} (*\mathbf {F} )={\frac {4\pi }{c}}\mathbf {J} }$ 

Ello ye que dada la forma de les ecuaciones anteriores, si'l dominiu sobre'l que s'estiende'l campu electromagnéticu ye a cencielles conexu (estrelláu) el campu electromagnéticu puede espresase como la derivada esterior d'un cuadrivector llamáu potencial vector, rellacionáu colos potenciales del electromagnetismu clásicu de la siguiente manera:

${\displaystyle \mathbf {A} =(A_{0};A_{1},A_{2},A_{3})=(\phi ;\mathbf {A} )}$ 

Onde:

${\displaystyle \phi \;}$ , ye'l potencial electroestático.
${\displaystyle \mathbf {A} }$ , ye'l potencial vector clásicu.

Esta sustitución facilita descomanadamente la resolución de diches ecuaciones, la rellación ente'l cuadrivector potencial y el tensor de campu electromanético resulta ser:

${\displaystyle \mathbf {F} =\mathrm {d} \mathbf {A} ={\frac {1}{2!}}{\frac {\partial A_{\beta }}{\partial x^{\alpha }}}-{\frac {\partial A_{\alpha }}{\partial x^{\beta }}}dx^{\alpha }\land dx^{\beta }={\frac {1}{2!}}F_{\alpha \beta }dx^{\alpha }\land dx^{\beta }}$ 

El fechu de que la interaición electromagnética pueda representase por un (cuadri)vector que define dafechu'l campu electromanético (siempres y cuando'l dominiu seya estrelláu) ye la razón pola que s'afirma nel tratamientu modernu que la interaición electromagnética ye un campu vectorial (y polo que nel tratamientu cuánticu dizse que ta representáu por bosones vectoriales).

En relatividá xeneral ye tratamientu del campu electromagnéticu nun espaciu-tiempu curvu ye similar al presentáu equí pal espaciu-tiempu de Minkowski, namái que les derivaes parciales al respeutive de les coordenaes deben substituirse por derviadas coviarantes.

 

El tratamientu que la física cuántica fai del electromagnetismu conocer col nome d'electrodinámica cuántica o QED. Nesta teoría'l campu ta acomuñáu a una partícula ensin masa denomada fotón, que les sos interacciones coles partícules cargaes son les causantes de tolos fenómenos del electromagnetismu.

Cuando nesta teoría introduz la interpretación de partícules, por aciu el formalismu del espaciu de Fock, la materia ye interpretada por estaos fermiónicos, ente que'l mesmu campu electromagnéticu queda descritu por estaos de bosones gauge "portadores de la interaición", llamaos fotones.

• Interacciones fundamentales

• Landau, L. D. & Lifshitz (1992). The Classical Theory of Fields (Course of Theoretical Physics: Volume 2). Reverté. ISBN 84-291-4082-4.

Artículu de traducción automática a partir de "Interacción electromagnética" que necesita revisión. Quita l'avisu cuando tea correxíu.

•   Datos: Q849919