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jueves, 26 de marzo de 2015

PARTÍCULAS VIRTUALES: LOS FANTASMAS CUÁNTICOS

lgunas veces la física tiene también su parte mística. Este es el caso de las llamadas partículas virtuales, una consecuencia de la mecánica cuántica. Si nos atenemos a la lúcida explicación de Lisa Randall, las partículas virtuales son gemelas extrañas y fantasmales de las partículas reales. Irrumpen en el universo y al momento se esfuman. Tienen las mismas interacciones y las mismas cargas que sus gemelas físicas, pero poseen energías que parecen estar equivocadas. Por ejemplo, una partícula que se mueve muy rápido, obviamente transporta mucha energía. Pues bien, una partícula virtual puede tener una velocidad enorme y carecer de energía. De hecho, teóricamente las partículas virtuales pueden tener cualquier energía, siempre que sea diferente de la energía que porta la partícula física real. Si tuviera la misma energía, sería una partícula real, no una partícula virtual. Las partículas virtuales son por lo tanto, quizá el factor más extraño que hay que considerar en mecánica cuántica para llegar a predicciones correctas.

¿Cómo pueden existir estas partículas aparentemente imposibles? Una partícula virtual con su energía prestada no podría existir si no fuera por el principio de incertidumbre, que permite que las partículas tengan una energía incorrecta, siempre y cuando esto ocurra durante un intervalo de tiempo tan breve que resulte imposible de medir.

El principio de incertidumbre nos dice que tardaríamos un tiempo infinito en medir la energía (o la masa, recordad la equivalencia E = mc2) con una precisión infinita, y que cuanto más dure la partícula, más precisa puede ser nuestra evaluación de su energía. Pero si la partícula tiene una vida corta y no es posible determinar su energía con precisión, esa energía puede diferir temporalmente de la de una partícula auténtica de más larga vida. De hecho, a causa del principio de incertidumbre, las partículas harán todo aquello que puedan hacer sin que las pillen. Las partículas virtuales no tienen escrúpulos, y hacen lo que les parece cuando nadie las mira.


Podemos imaginar que el vacío es un depósito de energía: las partículas virtuales surgen del vacío, tomando prestada temporalmente parte de su energía. Existen de un modo fugaz y desaparecen de nuevo en el vacío, llevándose la energía que tomaron prestada. Esta energía podría volver a su lugar de origen o podría ser transferida a partículas situadas en cualquier otro punto. Téngase en cuenta que el vacío de la mecánica cuántica es un sitio muy frecuentado. Aunque por definición en el vacío no hay nada, los efectos cuánticos producen un mar bullente de partículas y antipartículas virtuales que aparecen y desaparecen, y aunque no son estables, también las partículas de vida larga están allí presentes. Todas las parejas partícula-antipartícula pueden en principio, producirse, aunque eso si, sólo para visitas breves, tan breves que resulta imposible detectarlas. ¿Cómo sabemos que existen?: porque  dejan su marca en las interacciones de las partículas de más larga vida.


Las partículas virtuales tienen consecuencias mensurables porque ejercen su influencia sobre las partículas físicas reales que entran y salen de una determinada zona de interacción. Durante el breve lapso de su existencia, una partícula virtual puede viajar entre partículas reales antes de desaparecer y de pagar su deuda de energía al vacío. Las partículas virtuales actúan como intermediarios. En la ilustración inferior, un fotón penetra en una zona de interacción. Se produce una pareja virtual electrón-positrón (partícula-antipartícula), y luego la pareja es absorbida en otro punto. En el sitio donde son absorbidas las partículas virtuales, emerge del vacío otro fotón que se lleva la energía que la pareja intermedia electrón-positrón había tomado prestada temporalmente.


El físico Jonathan Flynn acuñó la expresión principio de anarquía para referirse con notable sentido el humor, a estos fenómenos por completo impredecibles de la mecánica cuántica que son consecuencia directa del principio de incertidumbre. Todas las interacciones entre partículas que puedan darse, de hecho se darán. En otros términos, en teoría cuántica de campos, todo lo que no esté prohibido ocurrirá.

Prefiero que me incineren a que me sepulten, y ambas cosas a un fin de semana con mi exmujer. Woody Allen.