A horcajadas en el Tiempo
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Teoría R<strong>el</strong>ativista d<strong>el</strong> Campo Cuántico<br />
Se puede decir que durante algo más que la mitad d<strong>el</strong> siglo XX, y tras importantes descubrimi<strong>en</strong>tos experim<strong>en</strong>tales y teóricos, se pudo<br />
estructurar la imag<strong>en</strong> d<strong>el</strong> micromundo subatómico que hoy conocemos. Las dos grandes familias de partículas, como los hadrones y los leptones<br />
más sus respectivos ligam<strong>en</strong>tos, constituy<strong>en</strong> las unidades básicas de la materia. Las interacciones de las partículas de cada una de esas familias<br />
pued<strong>en</strong> llegar a explicar, <strong>en</strong> principio, todas las cosas materiales d<strong>el</strong> universo. Pi<strong>en</strong>so que lo logrado <strong>en</strong> este campo de las partículas, ha sido un<br />
gran paso que ha dado la humanidad <strong>en</strong> la empresa de compr<strong>en</strong>der la naturaleza. Proporciona <strong>el</strong> instrum<strong>en</strong>to conceptual necesario para<br />
<strong>en</strong>t<strong>en</strong>der <strong>el</strong> Big Bang.<br />
La teoría r<strong>el</strong>ativista d<strong>el</strong> campo cuántico nació <strong>en</strong> las pizarras de loa gabinetes de trabajo de los físicos teóricos <strong>en</strong> los años veinte. La<br />
desarrollaron cuando int<strong>en</strong>taban conjugar la nueva teoría cuántica con la teoría de la r<strong>el</strong>atividad restringida o especial de Einstein. Conseguirlo<br />
resultó bastante más difícil de lo que se había supuesto. Como decía Stev<strong>en</strong> Weinberg:<br />
"La mecánica cuántica sin la r<strong>el</strong>atividad nos permitiría concebir muchísimos sistemas físicos posibles... Pero cuando se un<strong>en</strong> la<br />
mecánica cuántica y la r<strong>el</strong>atividad, resulta que es prácticam<strong>en</strong>te imposible concebir ningún sistema físico. La naturaleza consigue, no<br />
se sabe cómo, ser r<strong>el</strong>ativista y cuántica a la vez; pero esas dos exig<strong>en</strong>cias la constriñ<strong>en</strong> tanto que sólo ti<strong>en</strong>e una posibilidad de<br />
<strong>el</strong>ección limitada <strong>en</strong> cuanto a cómo ser... una <strong>el</strong>ección afortunadam<strong>en</strong>te muy limitada."<br />
El com<strong>en</strong>tario de Weinberg repres<strong>en</strong>taba algo muy cierto, ya que tanto <strong>el</strong> principio de la r<strong>el</strong>atividad como los principios de la teoría<br />
cuántica, constituían exig<strong>en</strong>cias muy restrictivas, y no estaba nada claro que pudies<strong>en</strong> integrarse con éxito <strong>en</strong> una sola descripción matemática.<br />
Pero, afortunadam<strong>en</strong>te, <strong>el</strong> resultado fue otro, se logró su integración y esto tuvo consecu<strong>en</strong>cias trasc<strong>en</strong>d<strong>en</strong>tales.<br />
Los primeros int<strong>en</strong>tos exitosos lo dieron los físicos teóricos Max Born, Werner Heis<strong>en</strong>berg y Pascual Jordan <strong>en</strong> 1926, cuando<br />
demostraron cómo podían aplicarse los nuevos conceptos cuánticos al campo <strong>el</strong>ectromagnético, campo que ya obedecía las normas de la teoría<br />
de la r<strong>el</strong>atividad especial de Einstein. Estos físicos demostraron cómo podía expresarse matemáticam<strong>en</strong>te la primitiva idea de Einstein de que <strong>el</strong><br />
fotón era una partícula de luz. El llamado efecto foto<strong>el</strong>éctrico.<br />
Los sigui<strong>en</strong>tes pasos decisivos los dieron Jordan y Eug<strong>en</strong>e Wígner <strong>en</strong> 1918, y Heis<strong>en</strong>berg y Wolfgang Pauli <strong>en</strong> 1929-1930. Estos<br />
investigadores demostraron que cada campo difer<strong>en</strong>ciado (<strong>el</strong> <strong>el</strong>ectromagnético, <strong>el</strong> d<strong>el</strong> <strong>el</strong>ectrón, etc.) t<strong>en</strong>ía una partícula asociada. Las partículas<br />
eran manifestaciones de un campo «cuantificado». Esta era la idea básica de la moderna teoría de campo, que desterraba para siempre la vieja<br />
concepción según la cual partículas y campos eran <strong>en</strong>tidades difer<strong>en</strong>ciadas. Las <strong>en</strong>tidades fundam<strong>en</strong>tales eran los campos, pero se<br />
manifestaban <strong>en</strong> <strong>el</strong> mundo como partículas.<br />
Estas ideas trajeron como consecu<strong>en</strong>cia un emplazami<strong>en</strong>to para que los físicos teóricos se esforzaran durante décadas para profundizar<br />
<strong>en</strong> estas nuevas teorías de campo, una av<strong>en</strong>tura int<strong>el</strong>ectual que se ha prolongado hasta hoy, pero ahora no sólo usando pizarras sino que<br />
también poderosos computadores coadyuvantes. Ello, ha llevado a los teóricos ha obt<strong>en</strong>er nuevos conceptos, que no sólo son <strong>el</strong> producto de sus<br />
propios trabajos, sino que además han sido fuertem<strong>en</strong>te empujados por los descubrimi<strong>en</strong>tos de sus colegas experim<strong>en</strong>tales (descubrimi<strong>en</strong>tos<br />
que exig<strong>en</strong> una explicación) y también su propio deseo de hallar un l<strong>en</strong>guaje coher<strong>en</strong>te definitivo para describir <strong>el</strong> mundo cuántico. Pero, esas<br />
ideas ¿cómo nos llevan a concebir las partículas cuánticas?<br />
Resulta difícil no imaginar las partículas cuánticas como objetos corri<strong>en</strong>tes sólo que muy pequeños. Y por eso, porque es tan fácil<br />
hacerlo, los físicos pi<strong>en</strong>san <strong>en</strong> <strong>el</strong>los como si fueran objetos corri<strong>en</strong>tes. Pero las partículas <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tales no están hechas de «material», como un<br />
mueble está hecho de madera, tornillos y cola. Cualquier imag<strong>en</strong> visual simple de este tipo se desintegra por completo <strong>en</strong> cuanto se empiezan a<br />
formular preguntas detalladas. Entonces es cuando <strong>en</strong>tra <strong>en</strong> juego <strong>el</strong> extraño mundo de la realidad cuántica.<br />
El primer medio d<strong>el</strong> que se sirv<strong>en</strong> los físicos para concebir estas partículas son las propiedades intrínsecas que las clasifican, como su<br />
masa, spin, carga <strong>el</strong>éctrica, etc. El segundo medio que ti<strong>en</strong><strong>en</strong> de p<strong>en</strong>sar <strong>en</strong> <strong>el</strong>las son sus interacciones con otras partículas. En cuanto un físico<br />
conoce las propiedades intrínsecas de una partícula cuántica y conoce todas sus interacciones, sabe ya todo lo que puede saber de esa<br />
partícula. Pero, ¿cómo describ<strong>en</strong> los físicos lo que sab<strong>en</strong>?<br />
Las propiedades observadas de las partículas cuánticas pued<strong>en</strong> describirse con exactitud <strong>en</strong> <strong>el</strong> l<strong>en</strong>guaje de las matemáticas, y d<strong>en</strong>tro de<br />
este l<strong>en</strong>guaje, la noción de simetría ha pasado a desempeñar un pap<strong>el</strong> de importancia creci<strong>en</strong>te. ¿Por qué simetría? Uno de los motivos es que<br />
se cree que las partículas cuánticas fundam<strong>en</strong>tales, como los <strong>el</strong>ectrones o los fotones, carec<strong>en</strong> de estructura (no están compuestas de partes<br />
más simples), pero pose<strong>en</strong>, sin embargo, ciertas simetrías, lo mismo que posee simetría un cristal. Además, <strong>el</strong> <strong>el</strong>ectrón, sea lo que sea, es muy<br />
pequeño, quizás una partícula puntiforme. Los conceptos de simetría resultan sumam<strong>en</strong>te útiles para describir algo que carece de partes y es<br />
muy pequeño. Imaginemos, por ejemplo, una esfera inmóvil <strong>en</strong> <strong>el</strong> espacio. La esfera parece la misma si nos movemos a su alrededor, ti<strong>en</strong>e la<br />
propiedad de ser esféricam<strong>en</strong>te simétrica. Aunque la esfera se contraiga mucho, incluso hasta <strong>el</strong> tamaño de un punto, conserva esa propiedad de<br />
la simetría esférica; la partícula es también esféricam<strong>en</strong>te simétrica. Si <strong>en</strong> vez de una esfera imaginamos un <strong>el</strong>ipsoide, que sólo es simétrico<br />
alrededor de un eje, cuando se reduce hasta un tamaño cero, también conserva su simetría. Todos estos ejemplos nos indican que aunque algo<br />
sea muy pequeño y carezca de estructura, de todos modos, puede t<strong>en</strong>er simetrías específicas. Incluso a un objeto complicado, como un átomo<br />
formado de <strong>el</strong>ectrones y núcleo, o un núcleo atómico compuesto de neutrones y protones, puede aplicárs<strong>el</strong>e, con consecu<strong>en</strong>cias apreciables, <strong>el</strong><br />
concepto de simetría. Las interacciones <strong>en</strong>tre los <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos constitutivos de átomos y núcleos pose<strong>en</strong> también simetrías específicas que ayudan<br />
a determinar las estructuras más complejas, lo mismo que las simetrías de las baldosas determinan de qué modo pued<strong>en</strong> disponerse.<br />
http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-06_04.htm (2 of 4)29/12/2004 23:26:23