Electrodinámica Cuántica en un trazo de lápiz

1. Electrodinámica Cuánticaen un trazo de lápiz Alfredo Raya Montaño, IFM-UMSNH raya@ifm.umich.mx

2. Contenido • Motivación • Partículas Fundamentales • Masa de los Protones y Neutrones • Un modelo de juguete: QED3 • “Materia Condensada Relativista” • Comentarios Finales

3. Motivación • ¿Es la masa una propiedad fundamental de la materia? • Clásicamente, sí. • F=ma • Ley de Lavoissier

4. Motivación • Pero “La masa de un cuerpo es una medida de su contenido energético” • E=mc2 • m=E/c2

5. La Masa del Universo

6. Partículas Fundamentales

7. Partículas Fundamentales

8. Masa de Protones y Neutrones • El vacío de QCD, por las interacciones fuertes, es muy cambiante

9. Masa de Protones y Neutrones • Además, debido a efectos no perturbativos, los quarks no se encuentran libres, sino confinados dentro de los hadrones

10. Masa de Protones y Neutrones • Así que en el vacío se forma un condensado de quarks que provee un medio “pegajoso” en el cual los quarks adquieren masa

11. Masa de Protones y Neutrones Esto lo comprueban simulaciones de lattice “Pero simplemente tener una computadora que arroja resultados después de extensos y oscuros cálculos no satisface nuestra hambre de entendimiento”

12. Masa de Protones y Neutrones • Las Ecuaciones de Schwinger-Dyson nos proveen de una plataforma natural para estudiar la generación dinámica de masas en el continuo

13. Masa de Protones y Neutrones • Debemos buscar un modelo simplificado que exhiba características similares a QCD

14. Un modelo de juguete: QED3 • QED3 es una teoría que adolece de divergencias • Provee de un campo de batalla para estudios de GDM en el continuo y en lattice • La estructura de las ESD es más simple

15. Un modelo de juguete: QED3 • Exhibe confinamiento y GDM

16. Un Modelo de juguete: QED3 • En la física de la materia condensada, se usa como una teoría efectiva para describir: • Efecto Hall Cuántico • Superconductividad de Alta Tc • Aislantes de Mott • Antiferromagnetos de Heisenberg • Etcétera

17. “Materia Condensada Relativista” • En 2005 se descubrió un cristal bidimensional llamada GRAFENO • En este cristal, los portadores de carga son electrones de Dirac • Surge el paradigma de la Materia Condensada Relativista

18. Grafeno • Es la base de toda estructura grafítica

19. Estructura de Bandas • Los portadores de carga son electrones “relativistas”

20. QED en un trazo de lápiz

21. EHC no convencional • Grafeno exhibe varias formas no convencionales del EHC

22. Predicciones • Grafeno predice los siguientes fenómenos: • Efecto Hall Cuántico Fraccionario • Ferromagnetismo Cuántico de Hall • Efecto Espin-Hall • Brechas excitónicas • Etc

23. Pruebas de QED • Efectos propios de QED amplificados 300x • Paradoja de Klein • Zitterbewegung • QED en Espacios Curvos ds2=-dt2+e-2L(x,y)(dx2+dy2)

24. Grafenium Inside • Electrónica basada en Grafeno (IBM e Intel ) • Plásticos conductores (compuestos de grafeno) • Polvo de grafeno en baterías eléctricas • Polvo de grafeno en “plasma displays” • Computación Cuántica basada en grafeno • Almacenamiento de Hidrógeno

25. Grafeno y GDM • El papel de las masas de los portadores de carga en grafeno se puede medir experimentalmente • Las masas se pueden generar dinámicamente • También el campo magnético cataliza la generación dinámica de masas

26. Comentarios Finales • El origen de la masa es uno de los grandes misterios de la naturaleza • Las interacciones fuertes de QCD son responsables de las masas de los protones y neutrones, 98% de la materia ordinaria

27. Comentarios Finales • No siempre “Simplificar” implica “Sacrificar”

28. Comentarios Finales • Grafeno es un sistema físico donde confluyen dos grandes ramas de la física: Materia Condensada y Altas Energías

29. GRACIAS