Descripción:

La teoría de campos es un concepto fundamental en física que proporciona una estructura para la comprensión del comportamiento de los campos físicos, presentes en todo el universo. En su esencia, la teoría de campos describe cómo estos campos interactúan con la materia y entre sí, gobernando fuerzas y fenómenos fundamentales en la naturaleza.

La teoría de campos desempeña un papel central en la formulación del modelo estándar de la física de partículas. Según la teoría cuántica de campos (QFT), las partículas son excitaciones de campos subyacentes que llenan el espacio. La QFT trata a las partículas y campos en igualdad de condiciones, con interacciones entre partículas descritas por el intercambio de partículas virtuales mediadas por sus campos asociados.

Más allá del modelo estándar, los físicos teóricos están explorando teorías de campo más amplias que podrían unificar todas las fuerzas fundamentales, incluyendo la gravedad, en un único marco teórico. Ejemplos de estos modelos extendidos incluyen teorías con derivadas de orden superior y con nuevos campos que representan posibles variaciones en las constantes fundamentales.

Por otro lado, la teoría de calibre es un área fundamental de la física que sustenta nuestra comprensión de las fuerzas y partículas fundamentales del universo. Es una estructura matemática utilizada para describir cómo los campos interactúan con la materia y cómo estas interacciones están gobernadas por ciertas simetrías, llamadas simetrías de calibre (o gauge).

En su esencia, la teoría de calibre es una rama de la teoría de campos donde el enfoque está en la comprensión de las fuerzas fundamentales y sus partículas portadoras, conocidas como bosones de calibre.

El término «calibre» se refiere a un cierto tipo de principio de simetría inherente a la descripción matemática de los campos. La simetría juega un papel crucial en la física, a menudo sirviendo como guía para la comprensión de las leyes subyacentes de la naturaleza. En la teoría de calibre, estas simetrías están asociadas a las transformaciones de los campos que dejan la física inalterada.

Uno de los ejemplos más familiares de la teoría de calibre es la electrodinámica cuántica (QED), que describe la interacción entre partículas cargadas y el campo electromagnético. En la QED, el principio de simetría surge del requisito de que las leyes de la física permanezcan invariantes bajo ciertas transformaciones del potencial electromagnético. Esta simetría lleva al concepto de invariancia de calibre, donde diferentes elecciones del potencial electromagnético describen la misma situación física. Actualmente, los físicos teóricos continúan explorando teorías de calibre más amplias que podrían unificar todas las fuerzas fundamentales en una única estructura teórica. Teorías de calibre con derivadas de orden superior o explorando nuevos tipos de simetrías matemáticas son ejemplos de temas recientes de investigación.

En esta línea de investigación, contribuimos al estudio de la interacción de los campos con la materia y sus consecuencias fenomenológicas bajo varios aspectos. Ejemplos son:

1. La descripción de la gravitación como teoría de calibre de primer y segundo orden para grupos de simetría de Lorentz y Poincaré (este tema es un punto de conexión con la línea de investigación «Gravitación y Cosmología»);
2. Aplicación de la Electrodinámica Generalizada de Podolsky a diferentes contextos clásicos y cuánticos, con miras a la vinculación de la masa de Podolsky;
3. Explorar cómo nuevas simetrías pueden ser utilizadas para describir modelos de materia oscura y predecir sus formas de interacción;
4. Estudiar aspectos teóricos y formales, tales como la equivalencia entre diferentes modelos geométricos y modelos escalares-multitensoriales;
5. Investigar electrodinámicas modificadas (no lineales y de orden superior) como forma de descripción de fenómenos en altas energías.