A teoria de campos é um conceito fundamental na física que fornece uma estrutura para a compreensão do comportamento dos campos físicos, que estão presentes em todo o universo. Em sua essência, a teoria de campos descreve como esses campos interagem com a matéria e entre si, governando forças e fenômenos fundamentais na natureza.

A teoria de campos desempenha um papel central na formulação do modelo padrão da física de partículas. De acordo com a teoria quântica de campos (QFT), as partículas são excitações de campos subjacentes que preenchem o espaço. A QFT trata partículas e campos em pé de igualdade, com interações entre partículas descritas pela troca de partículas virtuais mediadas por seus campos associados.

Para além do modelo padrão, os físicos teóricos estão explorando teorias de campo mais abrangentes que poderiam unificar todas as forças fundamentais, incluindo a gravidade, num único quadro teórico. Exemplos desses modelos estendidos incluem teorias com derivadas de ordem superior e com novos campos representando possíveis variações nas constantes fundamentais.

Por outro lado, a teoria de calibre é uma área fundamental da física que sustenta nossa compreensão das forças e partículas fundamentais do universo. É uma estrutura matemática usada para descrever como campos com a matéria e como essas interações são governadas por certas simetrias, chamadas de simetrias de calibre (ou de gauge).

Em sua essência, a teoria de calibre é um ramo da teoria de campos onde o foco está na compreensão das forças fundamentais e de suas partículas transportadoras, conhecidas como bósons de calibre.

O termo “calibre” refere-se a um certo tipo de princípio de simetria inerente à descrição matemática dos campos. A simetria desempenha um papel crucial na física, muitas vezes servindo como um guia para a compreensão das leis subjacentes da natureza. Na teoria de calibre, essas simetrias estão associadas às transformações dos campos que deixam a física inalterada.

Um dos exemplos mais familiares da teoria de calibre é a eletrodinâmica quântica (QED), que descreve a interação entre partículas carregadas e o campo eletromagnético. Na QED, o princípio da simetria surge da exigência de que as leis da física permaneçam invariantes sob certas transformações do potencial eletromagnético. Esta simetria leva ao conceito de invariância de calibre, onde diferentes escolhas do potencial eletromagnético descrevem a mesma situação física. Atualmente, os físicos teóricos continuam a explorar teorias de calibre mais abrangentes que poderiam unificar todas as forças fundamentais em uma única estrutura teórica. Teorias de calibre com derivadas de ordem mais alta ou explorando novos tipos de simetrias matemáticas, são exemplos de temas recentes de pesquisa.

Nesta linha de pesquisa, contribuímos com o estudo da interação da dos campos com a matéria e de suas consequências fenomenológicas sob vários aspectos. Exemplos são:

1. A descrição da gravitação como teoria de calibre de primeira e de segunda ordem para grupos de simetria de Lorentz e Poincaré (este assunto é um ponto de conexão com a linha de pesquisa “Gravitação e Cosmologia”);
2. Aplicação da Eletrodinâmica Generalizada de Podolsky a diferentes contextos clássicos e quânticos, com vistas à vinculação da massa de Podolsky;
3. Explorar como novas simetrias podem ser usadas para descrever modelos de matéria escura e prever suas formas de interação;
4. Estudar aspectos teóricos e formais, tais como a equivalência entre diferentes modelos geométricos e modelos escalares-multitensoriais;
5. Investigar eletrodinâmicas modificadas (não-lineares e de ordem superior) como forma de descrição de fenômenos em altas energias.