En la teoría cuántica de campos , un campo bosónico es un campo cuántico cuyos cuantos son bosones ; es decir, obedecen a la estadística de Bose-Einstein . Los campos bosónicos obedecen a relaciones de conmutación canónicas , a diferencia de las relaciones de anticonmutación canónicas obedecidas por 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 (no interactuantes) obedecen a relaciones de conmutación canónicas. Esas relaciones también son válidas para los campos bosónicos interactuantes en el escenario 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 las estadísticas de Bose-Einstein para los cuantos de campo.
Ejemplos de campos bosónicos incluyen campos escalares , campos de calibración 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, solo el campo de fotones puede cuantificarse utilizando los métodos convencionales de cuantificación canónica o integral de trayectoria. Esto ha llevado a la teoría de la electrodinámica cuántica , una de las teorías más exitosas en física. La cuantificación de la gravedad , por otro lado, 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 cuantización 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 espín entero o semientero , respectivamente. Por lo tanto, los campos bosónicos son uno de los dos tipos de campos cuánticos teóricamente posibles, es decir, los correspondientes a partículas con espín entero.
En una teoría de muchos cuerpos no relativista, el espín y las propiedades estadísticas de los cuantos no están directamente relacionados. De hecho, las relaciones de conmutación o anticonmutación se suponen en función de si la teoría que se pretende estudiar corresponde a partículas que obedecen a las estadísticas de Bose-Einstein o de Fermi-Dirac. En este contexto, el espín sigue siendo un número cuántico interno que solo está relacionado fenomenológicamente con las propiedades estadísticas de los cuantos. Entre los ejemplos de campos bosónicos no relativistas se incluyen los que describen átomos bosónicos fríos, como el helio-4.
Estos campos no relativistas no son tan fundamentales como sus contrapartes relativistas: proporcionan un 'reempaquetado' conveniente 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 unión consistente de la relatividad y la mecánica cuántica.