“Quienquiera que no se sienta conmocionado por la teor\u00eda cu\u00e1ntica no la comprende”<\/p>\n
<\/em>Niels Bohr<\/p>\n<\/blockquote>\n Aquello fue una aut\u00e9ntica revoluci\u00f3n:<\/p>\n 1.\u00a0 Las fuerzas son creadas por el intercambio de paquetes discretos de energ\u00eda denominados cuantos.<\/p>\n En contraste con la imagen geom\u00e9trica de Einstein<\/a> para una “fuerza”, en la teor\u00eda cu\u00e1ntica la luz iba a ser dividida en fragmentos min\u00fasculos. Estos paquetes de luz fueron llamados fotones<\/a>, y se comportaban de forma muy parecida a part\u00edculas puntuales. Cuando dos electrones<\/a> chocan, se repelen mutuamente, no a causa de la curvatura del espacio, sino debido a que intercambian un paquete de energ\u00eda, el fot\u00f3n<\/a>.<\/p>\n <\/p>\n La energ\u00eda de estos fotones<\/a> se mide en unidades del algo denominado constante de Planck<\/a> (h ~ 10-27<\/sup> ergios por segundo). El tama\u00f1o infinitesimal de la constante de Planck<\/a> significa que la teor\u00eda cu\u00e1ntica da correcciones min\u00fasculas a las leyes de Newton<\/a>. \u00c9stas se denominan correcciones cu\u00e1nticas, y pueden ser despreciadas cuando describimos nuestro mundo macrosc\u00f3pico familiar y sus fen\u00f3menos familiares cotidiano. Sin embargo, cuando tratamos con el mundo subat\u00f3mico microsc\u00f3pico, las correcciones cu\u00e1nticas empiezan a dominar cualquier proceso f\u00edsico, y nos da cuenta de las propiedades extra\u00f1as y “contraintuitivas” de las part\u00edculas subat\u00f3micas.<\/p>\n “Universos a la deriva como burbujas en la espuma del R\u00edo del Tiempo.”<\/p>\n <\/em>A. C. Clarke<\/p>\n<\/blockquote>\n 2.\u00a0 Las diferentes fuerzas son causadas por el intercambio de diferentes cuantos.<\/p>\n La fuerza d\u00e9bil, por ejemplo, es causada por el intercambio de un tipo diferente de cuanto, llamado part\u00edcula W (W es la inicial de “weak” [d\u00e9bil]). An\u00e1logamente, la fuerza fuerte que mantiene unidos los protones<\/a> y neutrones<\/a> dentro del n\u00facleo del \u00e1tomo es causada por el intercambio de part\u00edculas subat\u00f3micas llamados mesones<\/a> p. Tanto los bosones<\/a> W como los mesones<\/a> p se han visto experimentalmente en los residuos de los colisionadores de \u00e1tomos, verificando de este modo la conexi\u00f3n fundamental de este enfoque. Y finalmente, la fuerza subnuclear que mantiene los protones<\/a> y neutrones<\/a> e incluso los mesones<\/a> p juntos se debe al intercambio de part\u00edculas llamadas gluones<\/a> (glue en ingl\u00e9s es pegamento).<\/p>\n De este modo, tenemos un nuevo “principio unificador” para las leyes de la f\u00edsica. Podemos unir las leyes del electromagnetismo, la fuerza d\u00e9bil y la fuerza fuerte postulando una variedad de cuantos diferentes que sirven de veh\u00edculo para las mismas. Tres de las cuatro fuerzas (excluyendo la gravedad) est\u00e1n as\u00ed unidas por la teor\u00eda cu\u00e1ntica, d\u00e1ndonos unificaci\u00f3n sin geometr\u00eda.<\/p>\n 3.\u00a0 Nunca podremos conocer simult\u00e1neamente la velocidad y la posici\u00f3n de una part\u00edcula subat\u00f3mica.<\/p>\n Ese es el principio de incertidumbre<\/a> de Heisemberg, que es con mucho el aspecto m\u00e1s controvertido de la teor\u00eda, aunque ha resistido todos los desaf\u00edos en el laboratorio durante m\u00e1s de medio siglo. No hay desviaci\u00f3n experimental conocida de esta regla.<\/p>\n El principio de incertidumbre<\/a> significa que nunca podemos estar seguros de d\u00f3nde se encuentra un electr\u00f3n<\/a> o cu\u00e1l es su velocidad.\u00a0 Lo m\u00e1s que podemos hacer es calcular la probabilidad de que el electr\u00f3n<\/a> aparezca en un cierto lugar con una cierta velocidad. La situaci\u00f3n no es tan desesperada como uno pudiera sospechar, porque podemos calcular con rigor matem\u00e1tico la probabilidad de encontrar dicho electr\u00f3n<\/a>. Aunque el electr\u00f3n<\/a> es una part\u00edcula puntual, est\u00e1 acompa\u00f1ado de una onda que obedece a una ecuaci\u00f3n bien definida, la ecuaci\u00f3n de ondas de Schr\u00f6dinger con su funci\u00f3n de onda (y), que nos dir\u00e1 con mucha probabilidad el lugar en el que aparecer\u00e1 el electr\u00f3n<\/a>.<\/p>\n 4.\u00a0 Existe una posibilidad finita de que las part\u00edculas puedan “tunelear” o hacer un salto cu\u00e1ntico<\/a> a trav\u00e9s de barreras impenetrables.<\/p>\n Esta es una de las predicciones m\u00e1s desconcertantes de la teor\u00eda cu\u00e1ntica. En el nivel at\u00f3mico, esta predicci\u00f3n no ha tenido otra cosa que \u00e9xitos espectaculares. El “efecto t\u00fanel” o salto cu\u00e1ntico<\/a> a trav\u00e9s de barreras ha sobrevivido a cualquier desafio experimental. De hecho, un mundo sin efecto t\u00fanel es ahora inimaginable.<\/p>\n La mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, es el resultado de una idea iniciada por Max Planck con su cuanto de acci\u00f3n h, que fue posteriormente desarrollada por otros como Werner Heisemberg, Edwin Schr\u00f6dinger, Paul Dirac, Richard Feynman, y muchos m\u00e1s, incluso el mismo Einstein<\/a>, en 1.905 (el mismo a\u00f1o que dio a conocer su relatividad<\/a> especial), inspirado en el art\u00edculo de Max Planck sobre la radiaci\u00f3n de cuerpo negro, public\u00f3 un trabajo conocido como el “efecto fotoel\u00e9ctrico” que le vali\u00f3 el Nobel de F\u00edsica.<\/p>\n La mec\u00e1nica cu\u00e1ntica es la suma de mucho ingenio, conocimiento, matem\u00e1ticas y trabajo, que ha permitido tener una poderosa herramienta que nos explica el mecanismo de las part\u00edculas elementales en el universo microsc\u00f3pico del \u00e1tomo.<\/p>\n Mientras que Einstein<\/a> conjetur\u00f3 el marco entero de la relatividad<\/a> general con s\u00f3lo intuici\u00f3n f\u00edsica, los f\u00edsicos de part\u00edculas se estaban ahogando en una masa de datos experimentales y como comentaba el gran f\u00edsico Enrico Fermi<\/a> “si yo pudiera recordar los nombres de todas estas part\u00edculas, habr\u00eda sido bot\u00e1nico<\/em>“. Tal era el n\u00famero de part\u00edculas que surg\u00edan de entre los restos de los \u00e1tomos tras las colisiones en los aceleradores que las hac\u00edan chocar a velocidades cercanas a c<\/em>.<\/p>\n Toda la materia consiste en quarks<\/a> y leptones<\/a>, que interaccionan intercambiando diferentes tipos de cuantos, descritos por los campos de Maxwell y de Yang-Mills<\/a>.<\/p>\n El Modelo Est\u00e1ndar nos describe todas las familias de part\u00edculas subat\u00f3micas que componen la materia y c\u00f3mo act\u00faan las fuerzas al interaccionar con ellas, incluyendo la teor\u00eda de Maxwell del electromagnetismo que gobierna la interacci\u00f3n de los electrones<\/a> y de la luz, y que se conoce por electrodin\u00e1mica cu\u00e1ntica, cuya correcci\u00f3n ha sido verificada experimentalmente dentro de un margen de error de una parte en 10 millones, lo que la hace ser la teor\u00eda m\u00e1s precisa en la historia de la f\u00edsica.<\/p>\n Llegar al Modelo Est\u00e1ndar de la F\u00edsica cost\u00f3 el esfuerzo de m\u00e1s de un siglo de investigaci\u00f3n y trabajo te\u00f3rico de muchos en el descubrimiento del dominio subat\u00f3mico.<\/p>\n La fuerza d\u00e9bil gobierna las propiedades de los “leptones<\/a>”, tales como el electr\u00f3n<\/a>, el mu\u00f3n<\/a> y el mes\u00f3n<\/a> tau<\/a> y sus neutrinos<\/a> asociados. Al igual que las otras fuerzas, los leptones<\/a> interaccionan intercambiando cuantos, llamados bosones<\/a> W y Z. Estos cuantos tambi\u00e9n se describen matem\u00e1ticamente por el campo de Yang-Mills<\/a>. A diferencia de la fuerza glu\u00f3nica, la fuerza generada\u00a0 por el intercambio de bosones<\/a> W y Z es demasiado d\u00e9bil para mantener los leptones<\/a> en una resonancia, de modo que no vemos un n\u00famero infinito de leptones<\/a> emergiendo de nuestros colisionadores de \u00e1tomos.<\/p>\n De la fuerza fuerte, el Nobel Steven Weinberg, uno de los creadores del Modelo Est\u00e1ndar, escribi\u00f3: “Existe una larga tradici\u00f3n de la f\u00edsica te\u00f3rica que no afect\u00f3 a todos, ni mucho menos, pero ciertamente me afect\u00f3 a m\u00ed: la que dec\u00eda que las interacciones fuertes [eran] demasiado complicadas para la mente humana<\/em>“.<\/p>\n Las caracter\u00edsticas m\u00e1s interesantes del Modelo Est\u00e1ndar es que est\u00e1 basado en la simetr\u00eda; podemos ver su se\u00f1al inequ\u00edvoca dentro de cada una de estas interacciones. Los quarks<\/a> y los leptones<\/a> no son aleatorios, sino que se presentan en pautas definidas en el Modelo.<\/p>\n Este modelo de la f\u00edsica que explica las fuerzas que interaccionan con las part\u00edculas creadoras de materia, no incluye la fuerza de la gravedad.<\/p>\n El Modelo Est\u00e1ndar es pr\u00e1ctico y ha sido y es una poderosa herramienta para todos los f\u00edsicos, sin embargo, al no incluir la gravedad, es incompleta.\u00a0 Cuando se intenta unir el Modelo Est\u00e1ndar con la teor\u00eda de Einstein<\/a>, la teor\u00eda resultante da respuestas absurdas.<\/p>\n Este modelo es feo y complicado:<\/p>\n As\u00ed las cosas, est\u00e1 claro que hay que buscar otro modelo.<\/p>\n La fealdad del Modelo Est\u00e1ndar puede contrastarse con la simplicidad de las ecuaciones de Einstein<\/a>, en las que todo se deduc\u00eda de primeros principios. Para comprender el contraste est\u00e9tico entre el Modelo Est\u00e1ndar y la teor\u00eda de la relatividad<\/a> general de Einstein<\/a> debemos comprender que, cuando los f\u00edsicos hablan de “belleza” en sus teor\u00edas, realmente quieren decir que estas “bellas” teor\u00edas deben poseer al menos dos caracter\u00edsticas esenciales:<\/p>\n El Modelo Est\u00e1ndar falla en ambos aspectos, mientras que la relatividad<\/a> general los exhibe, ambos, de manera bien patente. Nunca una teor\u00eda dijo tanto con tan poco; su sencillez es asombrosa y su profundidad incre\u00edble.\u00a0 De hecho, desde que se public\u00f3 en 1.915, no ha dejado de dar frutas, y a\u00fan no se han obtenido de ella todos los mensajes que contiene.<\/p>\n Al contrario de la relatividad<\/a> general, la simetr\u00eda del Modelo Est\u00e1ndar, est\u00e1 realmente formada empalmando tres simetr\u00edas m\u00e1s peque\u00f1as, una por cada una de las fuerzas; el modelo es espeso e inc\u00f3modo en su forma. Ciertamente no es econ\u00f3mica en modo alguno. Por ejemplo, las ecuaciones de Einstein<\/a>, escritas en su totalidad, s\u00f3lo ocupan unos cent\u00edmetros y ni siquiera llenar\u00eda una l\u00ednea de esta p\u00e1gina. A partir de esta escasa l\u00ednea de ecuaciones, podemos ir m\u00e1s all\u00e1 de las leyes de Newton<\/a> y derivar la distorsi\u00f3n del espacio, el Big Bang<\/a> y otros fen\u00f3menos astron\u00f3micos importantes como los agujeros negros<\/a>. Por el contrario, s\u00f3lo escribir el Modelo Est\u00e1ndar en su totalidad requerir\u00eda, siendo escueto, un par de p\u00e1ginas de esta libreta y parecer\u00eda un galimat\u00edas de s\u00edmbolos complejos s\u00f3lo entendibles por expertos.<\/p>\n Los cient\u00edficos quieren creer que la naturaleza prefiere la econom\u00eda en sus creaciones y que siempre parece evitar redundancias innecesarias al crear estructuras f\u00edsicas, biol\u00f3gicas y qu\u00edmicas.<\/p>\n emilio silvera<\/em><\/p>\n\n
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