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¿La Mecánica cuántica? ¡Extraño “mundo”!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (1)

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La condensación Bose-Einstein es de importancia fundamental para explicar el fenómeno de la superfluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2×10-7 K) se puede formar un condensado de Bose-Einstein, en el que varios miles de átomos forman una única entidad (un superátomo). Este efecto ha sido observado con átomos de rubidio y litio. Como ha habréis podido suponer, la condensación Bose-Einstein es llamada así en honor al físico Satyendra Nath Bose (1.894 – 1.974) y a Albert Einstein. Así que, el principio de exclusión de Pauli tiene aplicación no sólo a los electrones, sino también a los fermiones; pero no a los bosones. Debido al principio de exclusión de Pauli, es imposible que dos fermiones ocupen el mismo cuántico (al contrario de lo que ocurre con los bosones).

De esa manera, el condensado de Bose-Eintein, es un fenómeno que ocurre en los sistemas macroscópicos  consistente en un gran número de Bosones a temperaturas suficientemente bajas, en el que una fracción significativa de esas partículas ocupan un único estado cuántico de energía más baja (el estado fundamental). Así que el condensado de Bose-Einstein sólo puede ocurrir para los Bosones, toda vez que para los fermiones, el Principio de esclusión de Pauli no lo permite, por lo que no hay fenómenos análogos de condensación para estas partículas.

Partículas y campos, clásicos y cuánticos. Las nociones clásicas de partícula y campo comparadas con su contrapartida cuántica. Una partícula cuántica está deslocalizada: su posición se reparte en una distribución de probabilidad. Un campo cuántico es equivalente a un colectivo de partículas cuánticas.

El concepto de “Campo” está muy ligado a los experimentos de Faraday. Históricamente fue introducido para explicar la acción a distancia de las fuerzas magnéticas, eléctricas y, más tarde de gravedad. Con el tiempo y los nuevos conocimientos,  su significado se ha extendido substancialmente, para describir varianciones de temperatura, tensiones mecánicas en un cuerpo, propagación de ondas…, y otros fenómenos a los que le son de aplicación el concepto de “campo”.

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Richard Feynman, Shin`ichiro Tomanaga y Julian Schwinger, desarrollaron la electrodinámica cuántica y, por ello, recibieron el Nobel en 1965

La teoría cuántica de campos es una disciplina de la física que aplica los principios de la mecánica cuántica a los sistemas clásicos de campos, como por ejemplo el campo electromagnético. Una consecuencia inmediata de esta teoría es que el comportamiento cuántico de un campo continuo es equivalente al de un sistema de partículasn 1 cuyo número no es constante, es decir, que pueden crearse o destruirse. También se la denomina teoría de campos cuánticos, TCCo QFT, sigla en inglés de quantum field theory.

Su principal aplicación es la física de altas energías,  donde se combina con los postulados de la relatividad especial. En este régimen se usa para estudiar las partículas subatómicas y sus interacciones, y permite explicar fenómenos como la relación entre estpín y estadística, la simetría CPT, la existencias de antimateria… etc.

La radiación de sincrotrón es laradiación electromagnética generada por partículas cargadas (tales como electrones) que se mueven según una trayectoria curva a alta velocidad (una fracción apreciable de la velocidad de la luz) en un campo magnético. Cuanto más rápido se mueven los electrones, más corta es la longitud de onda de la radiación. La emisión sincrotrón se produce artificialmente en los anillos de almacenamiento de un sincrotrón,  y en la naturaleza se produce por los electrones a muy altas velocidades moviéndose a través de los campos magnéticos del espacio, y se observa en las explosiones y en remanentes de supernovas, radiogalaxias y púlsares entre otros.

La radiación sincrotrón es la que produce una partícula cargada; por ejemplo, un electrón, cuando gira en un campo magnético. En función de la energía del electrón, los fotones emitidos pueden tener energías de radio, de rayos X o mayores.

 

 

La observación de este fenómeno ha sido posible gracias al satélite Fermi, especializado en rayos gamma, que con un gran telescopio conocido como LAT (Large Area Telescope, por sus siglas en inglés). su puesta en órbita, en junio de 2008, el LAT ha monitoreado la nebulosa del Cangrejo.

Si nos fijamos en todo lo que estamos hablando aquí, es fácil comprender cómo   un campo magnético la partícula cargada que gira, pero ya no resulta tan fácil saber por qué ha de hacer lo mismo un neutrón descargado. Lo cierto es que cuando un rayo de neutrones incide sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma que lo haría si el hierro no estuviese magnetizado. El magnetismo del neutrón sigue siendo un misterio; los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalente a cero, aunque por alguna razón desconocida, logran crear un campo magnético cuando gira la partícula.

Particularmente creo que, si el neutrón tiene masa, si la masa es energía (E = mc2), y si la energía es electricidad y magnetismo (según Maxwell), el magnetismo del neutrón no es tan extraño, sino que es un aspecto de lo que en realidad es: ¡materia! La materia es la luz, la energía, el magnetismo, en  definitiva, la fuerza que reina en el universo y que está presente de una u otra en todas partes (aunque a veces no podamos verla).

 

Sea como fuere, la rotación del neutrón nos da la respuesta a esas preguntas:

 

¿Qué es el antineutrón? Pues, simplemente, un neutrón cuyo movimiento rotatorio se ha invertido; su polo sur magnético, por decirlo así, está arriba y no abajo. En realidad, el protón y el antiprotón, el electrón y el positrón, muestran exactamente el mismo fenómeno de los polos invertidos. Es indudable que las antipartículas pueden combinarse para formar la antimateria, de la misma que las partículas corrientes forman la materia ordinaria.

La primera demostración efectiva de antimateria se tuvo en Brookhaven en 1.965, donde fue bombardeado un blanco de berilio con 7 protones BeV y se produjeron combinaciones de antiprotones y antineutrones, o sea, un antideuterón. entonces se ha producido el antihelio 3, y no cabe duda de que se podría crear otros antinúcleos más complicados aún si se abordara el problema con más interés.”

 

 

 

¿Qué no será capaz de inventar el hombre para los misterios de la naturaleza? Podemos recordar (aunque ha pasado mucho tiempo) lo que hizo Rutherford para identificar la primera partícula nuclear (la partícula Alfa). El camino ha sido largo y muy duro, con muchos intentos fallidos antes de ir consiguiendo los triunfos (los únicos que suenan), y muchos han sido los nombres que contribuyen para conseguir llegar al conocimiento del átomo y del núcleo actual; los electrones circulando alrededor del núcleo, en sus diferentes niveles, con un núcleo compuesto de protones y neutrones que, a su vez, son constituidos por los quarks allí confinados por los fluones, las partículas mediadoras de la fuerza nuclear fuerte.  Pero, ¿qué habrá más allá de los quarks?, ¿las supercuerdas vibrantes? Algún día se sabrá.

 

¡Hablamos de tántas cosas! Desde  fluctuaciones de vacío hasta partículas de Higgs dadoras de masa

 

Pero, ¿existe en realidad la antimateria? ¿Hay masas de antimateria en el universo? Si las hubiera, no revelarían su presencia a cierta distancia. Sus efectos gravitatorios y la luz que produjeran serían idénticos a los de la materia corriente. Sin embargo, cuando se encontrasen las masas de las distintas materias, deberían ser claramente perceptibles las reacciones masivas del aniquilamiento mutuo resultante del encuentro. Así pues, los astrónomos observan especulativamente las galaxias, tratar de encontrar alguna actividad inusual que delate interacciones materia-antimateria.

 

 

Colisiones en CMS

 

 

El 22 marzo 2011 se produjo la creación de 18 núcleos de antihelio-4 (un hito en la física de alta energía). Una de las grandes cuestiones que crean problemas a los cosmólogos y físicos de partículas es la distribución de materia y antimateria en el universo. Ciertamente parece que la materia predomina en el cosmos, pero las apariencias pueden engañar. Puede que simplemente vivamos en un rincón del universo que parece estar dominado por la materia. Con logros como este, algunos hablan ya de galaxias de antimateria. Lo cierto es que, hoy, encontramos que hay un poco de antimateria extra en nuestro rincón gracias al de la colaboración STAR en el RHIC del Laboratorio Nacional Brookhaven en los Estados Unidos.

En fin amigos, que como siempre estamos diciendo, nos queda mucho por saber sobre el comportamiento de la materia y, hasta donde ésta puede llegar con la evolución a la que está abocada por el transcurso del tiempo, las energías y el ritmo del Universo que, como sabemos, es un ritmo en el que el Tiempo, tiene un papel estelar.

  La materia está distribuida en las galaxias en formas muy diversas pero siempre, para cumplir una misión que la Naturaleza le tiene encomendada. Arriba, en la Nebulosa del Águila, surgirán nuevas estrellas y nuevos mundos que, vaya usted a saber sino serán recintos para futuros ecosistemas cargados de toda clase de formas de vida.

La Materia, en cada momento, está conformada en el nivel que las muchas transiciones de fase ha producido en ella mediante los mecanismos que la Naturaleza tiene para ello, y, luego, una porción de ella puede estar hoy formando el lecho de un rumoroso río, y, “mañana”, podría estar formando parte de un fértil árbol que proporciona una sabrosa fruta, o, ¿por qué no? Podría estar formando parte de un exótico agujero negro. Cualquier cosa que podamos pensar sobre la materia, en realidad es posible. Sólo se necesita tiempo para que el cambio, finalmente, se pueda producir.

¿Qué seremos nosotros dentro de 10 millones de Años? ¿Estaremos aquí? ¿En qué ? ¿Qué cambios se habrán producido en nosotros? Y, si hemos conseguido vencer ese período de tiempo, lo que de verdad espero es que la Humanidad o lo que pueda ser en lo que se convierta la actual, si tiene consciencia de SER, que al menos, con los cambios y mutaciones, no pierda ese bien tan preciado que llamamos  SENTIMIENTOS aunque, para entonces, estén hechos de antimateria.

emilio silvera

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 5 de febrero del 2014 a las 10:37

    Nosotros, los Humanos, vivimos en un mundo desde el que, valiéndonos de las últimas tecnologías que nuestros conocimientos nos han permitido construir, estamos mirando muy lejos en las escalas: Por una parte, utilizando Telescopios cada vez más grandes y sofisticados, podemos captar objetos como galaxias y otros que vivieron hace miles de millones de años, cuando el universo era un recien nacido. Es como poder hacer un viaje al pasado y mirar lo que allí ocurrió.
    En ese mundo macroscópico, que es el nuestro, podemos entender muchas cosas. Una vez hemos llegado a “comprender” de qué está hecha la materia luminosa (la que emite radiación que llamamos Bariónica y conforma objetos que podemos ver y tocar), y, con las fuerzas que interaccionan esos objetos, o, cuáles son las constantes de la Naturaleza que, como la carga del electrón, la masa del protón, la velocidad de la luz y otras, hace de nuestro mundo el que podemos ver a nuestro alrededor y, también, ese otro que no vemos con el ojo desnudo debido a su pequeñez, ese “mundo cuántico” que, estándo en relación directa con nostros, nos resulta extraño y misterioso.
    Lo Grande y lo Pequeño son dos términos relativos que, dependiendo de quién los pueda estar mirando, podrán ser de una u otra manera; Imaginémos un simple Átomo que tiene una medida de aproximadamente 1 Angström es decir una distancia igual a la cien millonésima parte de de un centímetro (0,000.000.1 cm = 10-8 cm., y, por otra parte, tenemos una criatura que lo mira siendo su medida la de la longitud de Planck, es decir de 10-35 metros, muchos órdenas de magnitud menor que el mismo átomo, y, para esa criatura el átomo será gigante mientras que para nosotros… ¡Ni lo podemos ver!
    Así las cosas, es conveniente que no despreciamos nada por pequeño y, caigamos en la cuenta de que todo, tiene la medida adecuada para el papel que tiene que desempeñar en la Naturaleza.
    Saludos.

     

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