Llegamos a los complicados años 30, y al igual que el mundo se preparaba para la guerra, también lo hacía la física. En anteriores ocasiones la teoría ondulatoria se había enfrentado a la corpuscular, la continuidad al atomismo… y ahora el conflicto era entre el determinismo y la indeterminación, o dicho de otro modo, la física concreta y la física estadística.
Tras la ya explicada ecuación de la incertidumbre con respecto a la posición de las partículas de Heisenberg, surgió un nuevo modelo de estudio analítico basado en las probabilidades de que se diesen los distintos procesos cuánticos dentro del átomo. Es decir, lo que antes era “este cuerpo va a salir despedido con tanta fuerza y en esta dirección”, pasó a ser “es probable que (…)”. La actitud de los físicos frente a la incertidumbre fue, en cierto modo, estoica.
Fue por eso que Einstein se negó a aceptar las conclusiones que pudiesen llegar de un método científico tan abierto a errores relativos, enunciando así su ya conocida frase “No creo que Dios juegue a los dados con nosotros”.
Sin embargo, la Teoría Cuántica siguió adelante y hemos llegado a lo que hemos llegado. Hoy vamos a explicar algunos de los más especiales fenómenos de entre los años 1930-1950, y antes de empezar lo correcto será hablar de las partículas descubiertas.
Si hasta casi 1930 las únicas partículas realmente conocidas eran los electrones y los fotones, a partir de entonces comenzaron a descubrirse teóricamente más tipos de ellas, y experimentalmente a lo largo de las décadas siguientes.
Así pues, resumamos cada una de ellas.
Electrón (e¯): leptón (partícula ligera) de carga negativa que gira alrededor de los núcleos atómicos y genera el efecto electromagnético.
Fotón (γ): clasón (partícula sin masa e independiente) sin masa que transporta la energía lumínica.
Nucleón: hadrones (partículas pesadas) residentes en el núcleo, que pueden ser de dos tipos según su carga: neutrones (nº) si son neutros y protones (p+) si son positivos.
Pión (πº, π+, π¯), Kaón (Kº, K+, K¯): mesones (partículas de masa media) resultantes de la desintegración de hadrones.
Antipartículas: partículas pares a las normales, con la diferencia de que tienen carga opuesta y al chocar con sus originales se desintegran. Algunos ejemplos serían el antielectón o positrón (e+) y el fotón, que es su propia antipartícula.
Partículas secundarias: partículas complementarias a las anteriores, generalmente de mayor masa y de cargas semejantes (el fotón no tiene partícula secundaria). La partícula secundaria del e¯ sería, por ejemplo, el muón (μ¯), y la antipartícula de éste sería el μ+.
Partículas terciarias: partículas semejantes a las secundarias, pero con más masa aún. La partícula terciaria del e¯ sería, en este caso, el taón (τ¯), y la antipartícula de este el τ+.
Así pues, en este esquema observamos que por cada partícula “normal” tenemos una secundaria y una terciaria, más sus respectivas antipartículas. Seis en total. El porqué de este fenómeno hoy en día es todo un misterio.
Y entrando en las desintegraciones, a partir de este momento hay que tener en cuenta que las partículas no son constantes y están todo el rato deshaciendose en nuevas partículas y volviéndose a juntar. Las distintas combinaciones se rigen, al igual, que toda la cuántica, por la estadística, y como el Principio de Incertidumbre nos impide observar cuál de ellas se ha llevado a cabo nos vemos obligados a decir que esta desintegración se ha realizado en un 50% y no se ha realizado en otro 50%. O sea se, que como no sabemos si se ha hecho o no, debemos actuar como se se ha producido y como que no lo ha hecho a la vez, sin evidenciar ninguna de las dos. Observar el experimento no es válido porque se altera con los fotones rebotados por nuestra pupila.
Y el gato de Erwin Schrödinger es un experimento mental que ejemplifica a la perfección este modelo de estudio. Imaginémonos en esta ocasión una caja completamente cerrada en la que introducimos un gato (se supone que vive sin respirar). Junto al gato se desplaza por el aire una partícula radiactiva con una probabilidad de desintegrarse del 50%, y además en la caja hay un receptor de desintegraciones que liberará un líquido tóxico si percibe la desintegración de la partícula. Tanto si la partícula se desintegra como si no, los científicos del exterior no padrán saberlo hasta que habrán la caja, por tanto tienen que actuar como que se ha desintegrado y como que no a la vez. Consecuentemente para ellos el gato también está vivo y muerto a la vez, y no pueden evidenciar ninguna de las dos opciones.
Dada la complejidad del estudio de las combinaciones de las distintas desintegraciones y fusiones de partículas, tan solo a una persona se le ocurrió el método que facilitaba su estudio. Richard Feynman, quien siempre tuvo una gran facilidad para hacer más sencillos los problemas científicos, igual que hizo siglos antes que el Carl Friedrich Gauss (matemático y físico especializado en el flujo magnético), diseñó los famosos diagramas de Feynman, en los que se observaban todo tipo de combinaciones de fenómenos cuánticos. Ésto no aportaba gran cosa a la ciencia, pero facilitaba la interpretación de los cálculos estadísticos. Una de las frases más importantes de este hombre, que analizaremos en el próximo capítulo, fue: “un positrón es como un electrón yendo hacia atrás en el tiempo”.
Y es que el fenómeno de las antipartículas es algo que aún hoy tiene mucha controversia. Una de las teoría más conocidas de este fenómeno y la que a mi, personalmente, más me gustó (aunque no creo en ella) es la del océano de partículas de Paul Dirac.
Paul dividía la realidad en dos dimensiones: en la primera estaríamos nosotros con las partículas “normales”, y la segunda sería un océano de agujeros y vacío. ¿Agujeros en el vacío? Ahora me explico. En esta segunda dimensión tendríamos como compartimentos diminutos, paralelos a nuestro universo, cada uno del tamaño de una partícula “normal”, y por lo general están todos ocupados por nuestras partículas, que se encuentran allí encerradas. No pueden viajar a nuestra dimensión porque violarían la ley de la conservación de la masa.
Sin embargo, en ocasiones alguna de estas partículas se escapa, pongamos por caso un electrón, y en nuestra realidad eso se traduciría por una emisión β de un núcleo atómico. Cuando este electrón entra en nuestra dimensión, deja un agujero en la otra, que cualquier otro electrón querría ocupar para residir allí tranquilo y dejar de girar en torno a un núcleo. Entonces se produce una fuerte atracción entre estos agujeros y los electrones, hasta que uno de ellos los atraviesa y entonces tanto el agujero como el electrón desaparecen de nuestra dimensión. El agujero, como habréis podido adivinar, sería la antipartícula, es decir, el positrón.
Aprovecho ahora que hablé de la radiaciones β para tratar el segundo Principio de Incertidumbre. En ocasiones, las partículas que se desintegran emiten partículas de mayor masa que la que tenía la partícula en si. En un principio pude pensarse que esto se debe al incremento de masa relativista que produce el movimiento en la partícula:
- mT = m0 + mc (explicado hace dos capítulos)
, pero sin embargo los datos se escapan incluso a este incremento.
“La ley puede ser quebrantada”, esa es la frase que inspiró a Heisenberg a enunciar esta segunda incertidumbre. En nuestra realidad puede aparecer de la nada tanta masa como le plazca, siempre y cuando lo haga en un intervalo de tiempo que nosotros no lo podamos observar. Dicho matemáticamente:
El producto de la incertidumbre sobre la cantidad de masa y el tiempo que ésta dure tiene que ser mayor o igual que la constante de Planck:
- h = 6,67 x 10^-34 kg m^2 / s.
Y del mismo modo que la ley se incumple para bien, también se incumple para mal con las desintegraciones atómicas. 1500g de sal encerrados en un recinto cerrado se reducen a 750g en un tiempo concreto. Calcular la constante de estas desintegraciones permite saber el tiempo que llevan descomponiéndose. En esto se basa hoy en día la prueba del Carbono14. La ecuación de las desintegraciones tiene dos formas de expresarse, de las cuales mi favorita es la siguiente:
La masa actual es igual a la masa inicial elevada al producto de la constante de desintegración, que será negativo, y el tiempo que haya pasado. Recordemos que en estas fechas Einstein y otros científicos desarrollaron la bomba atómica que acabaría con la II Guerra Mundial a base de estudiar el tiempo de desintegración de ciertas partículas y la energía que liberarían aplicando la ecuación fundamental de la relatividad general:
Hoy terminaremos hablando de la última esperanza de Einstein para hacer entrar en razón a todos los Físicos Cuánticos que estaban destrozando en tan poco tiempo las leyes fundamentales que habían regido el conocimiento científico, y lo hizo con la ayuda de otros dos científicos, Podolsky, y Rosen.
El experimento se realizó antes de 1950 y la idea era simple: demostrar que se podía vencer al Principio de Incertidumbre, así como calcular en todo momento lo que va a hacer un electrón sin estadística alguna.
Para ello cogieron un par de electrones y los hicieron desplazarse en la misma dirección pero en sentidos contrarios, comprobando que ambos llevaban siempre la misma velocidad y equidistaban del punto de partida común. Después empujaban uno de ellos hacia, por ejemplo, la derecha, y el otro, como si hubiesen hecho lo mismo con él, lo hacía instantáneamente también. No había tiempo de contacto entre ellos. Actuaban dentro del mismo intervalo de tiempo. Estaban correlacionados y era perfectamente saber lo que haría el otro electrón si se controlaba al primero.
Las aportaciones de este experimento las veremos en el próximo capítulo.
“Las 7 formas científicas de cazar un león en la selva:
“-¿Cuál es el animal que tiene entre 3 y 4 ojos?
