Un tipo de divergencia en la teoría cuántica de campos que surge de partículas sin masa con energía muy baja.La divergencia infrarroja es un estallido matemático en la teoría cuántica de campos que ocurre cuando partículas sin masa (como los fotones) se emiten con energía arbitrariamente baja. Estas divergencias aparecen en los cálculos de procesos de dispersión, amenazando con hacer que las predicciones sean infinitas y sin significado. Sin embargo, no son catástrofes físicas: reflejan la imposibilidad de detectar partículas con energía perfectamente nula y se resuelven sumando todas las emisiones indetectables posibles.
Las divergencias infrarrojas fueron identificadas por primera vez en la electrodinámica cuántica en la década de 1930 por Felix Bloch y Arnold Nordsieck, quienes demostraron que se cancelan al tener en cuenta la emisión de fotones blandos. El tratamiento completo fue refinado por otros en la década de 1950.
Cuando una partícula cargada se acelera, emite fotones. En los cálculos cuánticos, se debe sumar sobre todas las emisiones posibles de fotones, incluidas aquellas con energía extremadamente pequeña. La suma diverge logarítmicamente a medida que la energía del fotón se acerca a cero. La solución, desarrollada entre los años 1930 y 1950, implica reconocer que cualquier detector real tiene una resolución finita de energía, por lo que se deben incluir todas las emisiones por debajo de ese umbral. Cuando se hace correctamente, las divergencias se cancelan, dando lugar a predicciones finitas y medibles.
Comprender las divergencias infrarrojas es esencial para realizar cálculos precisos en física de partículas, como predecir las propiedades de los chorros en experimentos de colisionadores en el CERN.
Las divergencias infrarrojas están íntimamente relacionadas con el hecho de que los fotones no tienen masa: si los fotones tuvieran incluso una masa diminuta, estas infinitudes desaparecerían, pero entonces la velocidad de la luz dependería de la longitud de onda, lo que contradiría las observaciones.
