En la teoría cuántica de campos , un campo bosónico es un campo cuántico cuyos cuantos son bosones ; es decir, obedecen a las estadísticas de Bose-Einstein . Los campos bosónicos obedecen a relaciones de conmutación canónicas , a diferencia de las relaciones canónicas de anticonmutación que obedecen los campos fermiónicos .
Los ejemplos incluyen campos escalares , que describen partículas de espín 0, como el bosón de Higgs , y campos de calibre, que describen partículas de espín 1, como el fotón .
Los campos bosónicos libres (que no interactúan) obedecen a relaciones de conmutación canónicas. Esas relaciones también son válidas para campos bosónicos que interactúan en la imagen de interacción, donde los campos evolucionan en el tiempo como si fueran libres y los efectos de la interacción están codificados en la evolución de los estados. Son estas relaciones de conmutación las que implican estadísticas de Bose-Einstein para los cuantos de campo.
Ejemplos de campos bosónicos incluyen campos escalares , campos de calibre y campos simétricos de 2 tensores , que se caracterizan por su covarianza bajo transformaciones de Lorentz y tienen espines 0, 1 y 2, respectivamente. Ejemplos físicos, en el mismo orden, son el campo de Higgs, el campo de fotones y el campo de gravitones. De los dos últimos, sólo el campo de fotones puede cuantificarse utilizando los métodos convencionales de cuantificación canónica o integral de trayectoria. Esto ha dado lugar a la teoría de la electrodinámica cuántica , una de las teorías de mayor éxito en física. La cuantización de la gravedad , por otra parte, es un problema de larga data que ha llevado al desarrollo de teorías como la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles .
El teorema de la estadística de espín implica que la cuantificación de teorías de campos relativistas locales en 3+1 dimensiones puede conducir a campos cuánticos bosónicos o fermiónicos, es decir, campos que obedecen a relaciones de conmutación o anticonmutación, según tengan números enteros o semienteros. giro, respectivamente. Así, los campos bosónicos son uno de los dos tipos teóricamente posibles de campos cuánticos, es decir, los correspondientes a partículas con espín entero.
En una teoría no relativista de muchos cuerpos, el espín y las propiedades estadísticas de los cuantos no están directamente relacionados. De hecho, las relaciones de conmutación o anticonmutación se asumen en función de si la teoría que se pretende estudiar corresponde a partículas que obedecen a las estadísticas de Bose-Einstein o Fermi-Dirac. En este contexto, el espín sigue siendo un número cuántico interno que sólo está relacionado fenomenológicamente con las propiedades estadísticas de los cuantos. Ejemplos de campos bosónicos no relativistas incluyen aquellos que describen átomos bosónicos fríos, como el helio-4.
Dichos campos no relativistas no son tan fundamentales como sus contrapartes relativistas: proporcionan un conveniente 'reempaquetado' de la función de onda de muchos cuerpos que describe el estado del sistema, mientras que los campos relativistas descritos anteriormente son una consecuencia necesaria de la consistente unión de la relatividad y la mecánica cuántica.