{"id":4338,"date":"2010-10-25T10:15:08","date_gmt":"2010-10-25T08:15:08","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=4338"},"modified":"2010-10-25T14:13:15","modified_gmt":"2010-10-25T12:13:15","slug":"universo-cuantico","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2010\/10\/25\/universo-cuantico\/","title":{"rendered":"Universo cuantico"},"content":{"rendered":"

Antes de seguir veamos las part\u00edculas elementales de vida superior a 10-20<\/sup> segundos que eran conocidas en el a\u00f1o 1970.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Nombre<\/strong><\/td>\nS\u00edmbolo<\/strong><\/td>\nMasa (MeV)<\/strong><\/td>\nCarga<\/strong><\/td>\nEsp\u00edn<\/strong><\/td>\nVida media (s)<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Fot\u00f3n<\/td>\n\u03b3<\/td>\n0<\/td>\n0<\/td>\n1<\/td>\n\u221e<\/td>\n<\/tr>\n
Leptones<\/span> (L = 1, B = 0)<\/td>\n<\/tr>\n
Electr\u00f3n<\/td>\ne–<\/sup><\/td>\n0\u20195109990<\/td>\n\u2013<\/td>\n\u00bd<\/td>\n\u221e<\/td>\n<\/tr>\n
Mu\u00f3n<\/td>\n\u03bc–<\/sup><\/td>\n105\u20196584<\/td>\n\u2013<\/td>\n\u00bd<\/td>\n2\u20191970 \u00d7 10-6<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Tau<\/td>\n\u03c4<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Neutrino electr\u00f3nico<\/td>\n\u03bde<\/sub><\/td>\n~ 0<\/td>\n0<\/td>\n\u00bd<\/td>\n~ \u221e<\/td>\n<\/tr>\n
Neutrino mu\u00f3nico<\/td>\n\u03bd\u03bc<\/sub><\/td>\n~ 0<\/td>\n0<\/td>\n\u00bd<\/td>\n~ \u221e<\/td>\n<\/tr>\n
Neutrino tau\u00f3nico<\/td>\n\u03bd\u03c4<\/sub><\/td>\n~ 0<\/td>\n0<\/td>\n\u00bd<\/td>\n~ \u221e<\/td>\n<\/tr>\n
Mesones<\/span> (L = 0, B = 0)<\/td>\n<\/tr>\n
Pi\u00f3n +<\/td>\n\u03c0+<\/sup><\/td>\n139\u2019570<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n2\u2019603 \u00d7 10-8<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Pi\u00f3n \u2013<\/td>\n\u03c0–<\/sup><\/td>\n139\u2019570<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n2\u2019603 \u00d7 10-8<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Pi\u00f3n 0<\/td>\n\u03c00<\/sup><\/td>\n134\u2019976<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n0\u201984 \u00d7 10-16<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Ka\u00f3n +<\/td>\nk+<\/sup><\/td>\n493\u201968<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n1\u2019237 \u00d7 10-8<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Ka\u00f3n \u2013<\/td>\nk–<\/sup><\/td>\n493\u201968<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n1\u2019237 \u00d7 10-8<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Ka\u00f3n largo<\/td>\nkL<\/sub><\/td>\n497\u20197<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n5\u201917 \u00d7 10-8<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Ka\u00f3n corto<\/td>\nkS<\/sub><\/td>\n497\u20197<\/td>\n<\/td>\n<\/td>\n0\u2019893 \u00d7 10-10<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Eta<\/td>\n\u03b7<\/td>\n547\u20195<\/td>\n0<\/td>\n0<\/td>\n5\u20195 \u00d7 10-19<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Bariones<\/span> (L = 0, B = 1)<\/td>\n<\/tr>\n
Prot\u00f3n<\/td>\np<\/td>\n938\u20192723<\/td>\n+<\/td>\n\u00bd<\/td>\n\u221e<\/td>\n<\/tr>\n
Neutr\u00f3n<\/td>\nn<\/td>\n939\u20195656<\/td>\n0<\/td>\n\u00bd<\/td>\n887<\/td>\n<\/tr>\n
Lambda<\/td>\n\u039b<\/td>\n1.115\u201968<\/td>\n0<\/td>\n\u00bd<\/td>\n2\u201963 \u00d7 10-10<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Sigma +<\/td>\n\u03a3+<\/sup><\/td>\n1.189\u20194<\/td>\n+<\/td>\n\u00bd<\/td>\n0\u201980 \u00d7 10-10<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Sigma \u2013<\/td>\n\u03a3–<\/sup><\/td>\n1.1974<\/td>\n\u2013<\/td>\n\u00bd<\/td>\n7\u20194\u00d7 10-20<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Sigma 0<\/td>\n\u03a30<\/sup><\/td>\n<\/td>\n0<\/td>\n\u00bd<\/td>\n1\u201948 \u00d7 10-10<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Ksi 0<\/td>\n\u039e0<\/sup><\/td>\n1.314\u20199<\/td>\n0<\/td>\n\u00bd<\/td>\n2\u20199 \u00d7 10-10<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Ksi \u2013<\/td>\n\u039e–<\/sup><\/td>\n1.321\u20193<\/td>\n\u2013<\/td>\n\u00bd<\/td>\n1\u201964 \u00d7 10-10<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
Omega \u2013<\/td>\n\u03a9–<\/sup><\/td>\n1.672\u20194<\/td>\n\u2013<\/td>\n1\u00bd<\/td>\n0\u201982 \u00d7 10-10<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

\n

<\/p>\n

Para cada lept\u00f3n<\/a> y cada bari\u00f3n<\/a> existe la correspondiente antipart\u00edcula, con exactamente las mismas propiedades a excepci\u00f3n de la carga que es la contraria. Por ejemplo, el antiprot\u00f3n<\/a> se simboliza con \u00a0y el positr\u00f3n con e+<\/sup><\/em>. Los mesones<\/a> neutros son su propia antipart\u00edcula, y el \u03c0+<\/sup> es la antipart\u00edcula del \u03c0–<\/sup>, al igual que ocurre con k+<\/sup> y k–<\/sup>. El s\u00edmbolo de la part\u00edcula es el mismo que el de su antipart\u00edcula con una barra encima. Las masas y las vidas medias aqu\u00ed reflejadas pueden estar corregidas en este momento, pero de todas formas son muy aproximadas.<\/p>\n

Los s\u00edmbolos que se pueden ver algunas veces, como s<\/em> (extra\u00f1eza) e i<\/em> (isoesp\u00edn<\/a>) est\u00e1n referidos a datos cu\u00e1nticos que afectan a las part\u00edculas elementales en sus comportamientos.<\/p>\n

Debo admitir que todo esto tiene que sonar algo misterioso. Es dif\u00edcil explicar estos temas por medio de la simple palabra escrita sin emplear la claridad que transmiten las matem\u00e1ticas, lo que, por otra parte, es un mundo secreto para el com\u00fan de los mortales, y ese lenguaje es s\u00f3lo conocido por algunos privilegiados que, mediante un sistema de ecuaciones pueden ver y entender de forma clara, sencilla y limpia, todas estas complejas cuestiones.<\/p>\n

Si hablamos del esp\u00edn<\/a> (o, con m\u00e1s precisi\u00f3n, el momento angular, que es aproximadamente la masa por el radio por la velocidad de rotaci\u00f3n) se puede medir como un m\u00faltiplo de la constante de Planck<\/a>, h<\/em>, dividido por 2\u03c0<\/em>. Medido en esta unidad y de acuerdo con la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, el esp\u00edn<\/a> de cualquier objeto tiene que ser o un entero o un entero m\u00e1s un medio. El esp\u00edn<\/a> total de cada tipo de part\u00edcula \u2013 aunque no la direcci\u00f3n del mismo \u2013 es fijo.<\/p>\n

El electr\u00f3n<\/a>, por ejemplo, tiene esp\u00edn<\/a> \u00bd. Esto lo descubrieron dos estudiantes holandeses, Samuel Gondsmit (1902 \u2013 1978) y George Uhlenbeck (1900 \u2013 1988), que escribieron sus tesis conjuntamente sobre este problema en 1972. Fue una idea audaz que part\u00edculas tan peque\u00f1as como los electrones<\/a> pudieran tener esp\u00edn<\/a>, y de hecho, bastante grande. Al principio, la idea fue recibida con escepticismo porque la \u201csuperficie del electr\u00f3n\u201d se tendr\u00eda que mover con una velocidad 137 veces mayor que la de la luz, lo cual va en contra de la teor\u00eda de la relatividad<\/a> general en la que est\u00e1 sentado que nada en el universo va m\u00e1s r\u00e1pido que la luz, y por otra parte, contradice E=mc2<\/sup>, y el electr\u00f3n<\/a> pasada la velocidad de la luz tendr\u00eda una masa infinita.<\/p>\n

Hoy d\u00eda, sencillamente, tal observaci\u00f3n es ignorada, toda vez que el electr\u00f3n<\/a> carece de superficie.<\/p>\n

Las part\u00edculas con esp\u00edn<\/a> entero se llaman bosones<\/a>, y las que tienen esp\u00edn<\/a> entero m\u00e1s un medio se llaman fermiones<\/a>. Consultado los valores del esp\u00edn<\/a> en la tabla anterior podemos ver que los leptones<\/a> y los bariones<\/a> son fermiones<\/a>, y que los mesones<\/a> y los fotones<\/a> son bosones<\/a>. En muchos aspectos, los fermiones<\/a> se comportan de manera diferente de los bosones<\/a>. Los fermiones<\/a> tienen la propiedad de que cada uno de ellos requiere su propio espacio: dos fermiones<\/a> del mismo tipo no pueden ocupar o estar en el mismo punto, y su movimiento est\u00e1 regido por ecuaciones tales que se evitan unos a otros. Curiosamente, no se necesita ninguna fuerza para conseguir esto. De hecho, las fuerzas entre los fermiones<\/a> pueden ser atractivas o repulsivas, seg\u00fan las cargas. El fen\u00f3meno por el cual cada fermi\u00f3n<\/a> tiene que estar en un estado diferente se conoce como el principio de exclusi\u00f3n<\/a> de Pauli<\/em>. Cada \u00e1tomo est\u00e1 rodeado de una nube de electrones<\/a>, que son fermiones<\/a> (esp\u00edn<\/a> \u00bd). Si dos \u00e1tomos se aproximan entre s\u00ed, los electrones<\/a> se mueven de tal manera que las dos nubes se evitan una a otra, dando como resultado una fuerza repulsiva. Cuando aplaudimos, nuestras manos no se atraviesan pasando la uno a trav\u00e9s de la otra. Esto es debido al principio de exclusi\u00f3n<\/a> de Pauli para los electrones<\/a> de nuestras manos que, de hecho, los de la izquierda rechazan a los de la derecha.<\/p>\n

En contraste con el caracter\u00edstico individualismo de los fermiones<\/a>, los bosones<\/a> se comportan colectivamente y les gusta colocarse todos en el mismo lugar. Un l\u00e1ser<\/a>, por ejemplo, produce un haz de luz en el cual much\u00edsimos fotones<\/a> llevan la misma longitud de onda y direcci\u00f3n de movimiento. Esto es posible porque los fotones<\/a> son bosones<\/a>.<\/p>\n

Cuando hemos hablado de las fuerzas fundamentales que, de una u otra forma, interaccionan con la materia, tambi\u00e9n hemos explicado que la interacci\u00f3n d\u00e9bil es la responsable de que muchas part\u00edculas y tambi\u00e9n muchos n\u00facleos at\u00f3micos ex\u00f3ticos sean inestables. La interacci\u00f3n d\u00e9bil puede provocar que una part\u00edcula se transforme en otra relacionada, por emisi\u00f3n de un electr\u00f3n<\/a> y un neutrino<\/a>. Enrico Fermi<\/a>, en 1934, estableci\u00f3 una f\u00f3rmula general de la interacci\u00f3n d\u00e9bil, que fue mejorada posteriormente por George Sudarshan, Robert Marschak, Murray Gell-Mann, Richard Feynman y otros. La f\u00f3rmula mejorada funciona muy bien, pero se hizo evidente que no era adecuada en todas las circunstancias.<\/p>\n

En 1970, de las siguientes caracter\u00edsticas de la interacci\u00f3n d\u00e9bil s\u00f3lo se conoc\u00edan las tres primeras:<\/p>\n