Die Quantenfeldtheorie ist ein Rahmenwerk, das von Physikern zur Beschreibung einer breiten Palette von Phänomenen in der Teilchenphysik verwendet wird, und ist ein wirksames Werkzeug zur Lösung komplizierter Vielteilchenprobleme oder interagierender Systeme.
Die konventionelle Quantenfeldtheorie beschreibt Systeme und Wechselwirkungen bei einer Temperatur von Null und einem chemischen Potenzial von Null, und Wechselwirkungen in der realen Welt treten sicherlich auch bei Temperaturen ungleich Null auf. Das bedeutet, dass Wissenschaftler daran interessiert sind herauszufinden, welche Auswirkungen eine Temperatur ungleich Null haben kann und welche neuen Phänomene aufgrund eines thermischen Hintergrunds entstehen könnten. Um dies zu verstehen, greifen Physiker auf ein Rezept für die Quantenfeldtheorie vor einem thermischen Hintergrund zurück – die thermische Feldtheorie.
In einem Artikel in Die Sonderthemen des European Physical JournalMunshi G. Mustafa, Seniorprofessor am Saha Institute of Nuclear Physics, Kalkutta, Indien, stellt auf einfache Weise eine thermische Feldtheorie vor, indem er die Details ihres mathematischen Rahmens und ihrer Anwendung miteinander verknüpft.
„Das Ziel der thermischen Feldtheorie besteht darin, ein großes Ensemble mehrerer interagierender Teilchen, einschließlich Eichwechselwirkungen, in einer thermischen Umgebung zu beschreiben“, sagt Mustafa. „Es beschreibt auch die Entstehung und Vernichtung neuer Prozesse in einem thermischen System, die im Vakuum oder in der konventionellen Feldtheorie nicht vorhanden sind. Die thermische Feldtheorie ist ein nützliches Werkzeug, mit dem ein kompliziertes Vielteilchensystem nur durch die thermisch gemittelten Eigenschaften angegangen werden kann.“ über einen langen Zeitraum beobachtet.“
Mustafa erklärt, dass die Wärmefeldtheorie den gut etablierten Bereich der statistischen Mechanik mit der konventionellen Quantenfeldtheorie ergänzt, um Probleme beherrschbar zu machen und beobachtbare Eigenschaften in Form von Temperatur und chemischem Potenzial auszudrücken.
„Für ein besseres Verständnis der Materie, die bei hochenergetischen Schwerionenkollisionen am Large Hadron Collider (LHC) entsteht, und für zukünftige Experimente ist die Verschreibung der thermischen Feldtheorie in der Teilchen- und Kernphysik erforderlich. Sie ist auch für ein besseres Verständnis erforderlich.“ Verständnis des Phasenübergangs in der Physik der kondensierten Materie und der Entwicklung des Universums in frühen Zeiten“, schließt Mustafa.
„Dieser pädagogische Überblick dient als Einführung für diejenigen, die daran interessiert sind, die Theorie des thermischen Feldes von Grund auf zu erlernen.“
Mehr Informationen:
Munshi G. Mustafa, Eine Einführung in die Wärmefeldtheorie und einige ihrer Anwendungen, Die Sonderthemen des European Physical Journal (2023). DOI: 10.1140/epjs/s11734-023-00868-8