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¿Qué es una partícula? #YabberXDivulgame

Puede parecer una pregunta sencilla. Al fin y al cabo, todos tenemos una imagen de lo que es un electrón o un protón, e incluso hay una rama de la física que se llama “física de partículas”. Pero la historia es mucho más complicada.

En primer lugar, no podemos pensar en las partículas como “pelotitas” diminutas. La mecánica cuántica nos dice que no podemos conocer a la vez su posición y velocidad. Si añadimos la relatividad especial, el hecho de que la masa es una forma de energía nos indica que las partículas, en ciertas condiciones, se pueden crear o destruir.

La herramienta que usamos para entender las partículas es la teoría cuántica de campos. Hemos añadido un nuevo ingrediente, los campos cuánticos. Podemos imaginar un campo como la membrana de un tambor que se extiende en las cuatro dimensiones del espaciotiempo. Un campo, al igual que un tambor, puede oscilar en distintos modos de vibración. Al ser cuántico, la amplitud de la oscilación no es arbitraria, sino que es un múltiplo de una excitación elemental. Esta excitación elemental es lo que se conoce como partícula, y los diferentes modos de oscilación corresponden a propiedades como el momento o la polarización. Cada tipo de partícula, como el electrón o el fotón, es laexcitación de un campo diferente. Crear y destruir partículas es tan fácil como modificar la forma en la que oscila el campo.


[Algunos modos de vibración de un tambor circular. Fuente: Wikipedia (en.wikipedia.org/wiki/Vibrations_of_a_circular_membrane)]

En un tambor, los modos de vibración dependen de la forma que tenga la membrana. En teoría cuántica de campos esto causa cosas curiosas, como el efecto Casimir. Al principio tenemos un campo eléctrico en el vacío, es decir, con el estado de vibración que no tiene partículas. Ahora metemos dos placas metálicas paralelas. Los modos de vibración entre las placas cambian y aparecen partículas (fotones). El resultado es que estos fotones hacen que las placas se atraigan entre sí.

[Placas del efecto Casimir. Fuente: Wikipedia (en.wikipedia.org/wiki/Casimir_effect)]

Vamos a complicar las cosas aún más y añadir un poco de relatividad general. Esta teoría nos permite hacer cualquier cambio de coordenadas, y eso incluye redefinir qué es el tiempo. Si cambiamos qué es el tiempo, también cambiamos lo que son las oscilaciones, las partículas en definitiva. Por ejemplo, una persona viajando por el vacío de forma acelerada, usando el tiempo que marca su reloj, no ve un vacío sino un montón de partículas. Las mismas que si estuviera mirando a un cuerpo negro (como emite, aproximadamente, una estrella) con una temperatura proporcional a su aceleración. Esto es el efecto Unruh.

Algo parecido al efecto Unruh sucede cerca de los agujeros negros. Alguien alejado del agujero verá que éste emite unas partículas, la famosa radiación de Hawking. Como consecuencia el agujero va perdiendo masa, y al final se evapora. Los agujeros de menor masa tienen una temperatura mayor, y por tanto emiten más partículas y se evaporan más rápido. La radiación de Hawking es demasiado débil para poder ser detectada desde la Tierra, pero se han construido modelos análogos con ondas sonoras.

Todos estos fenómenos nos enseñan que el concepto de partícula no es absoluto, sino que depende del observador y de muchas otras cosas.
yabberxdivulgame física partículas
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  • YabberXDivulgame

    Concurso de Divulgación Científica

  • Jiyen Jiyen 14.95
    Impresionante. Grandísimo trabajo. Enhorabuena.
    votos: 0 karma: 6
    #1  
    Keseir Keseir 52.35
    Gracias por participar. Buen trabajo {0x1f609}
    votos: 0 karma: 6
    #2  
    AdereGomez AdereGomez 6.15
    Muu bueno ;)
    votos: 0 karma: 6
    #3  
    risisonrisas risisonrisas 192.80
    Me ha gustado mucho la explicación! Cuenta con mi voto :mola:
    votos: 0 karma: 6
    #4  
    MikeElSucio MikeElSucio 6.00
    ¡Muchas gracias por participar! Excelente investigación
    votos: 0 karma: 6
    #5  
    Eztupendo Eztupendo 6.00
    Las partículas son un lío {0x1f602} {0x1f602}
    votos: 0 karma: 6
    #6  
    comentarios cerrados