sábado, septiembre 20, 2008

A8.2.A Esas maravillosas partículas - El positrón

En la primera entrada de esta serie de Esas maravillosas partículas hablamos sobre el electrón. Allí ya mencionamos que trataríamos sobre su antipartícula, el positrón, en un artículo independiente, de modo que aquí lo tienes: hablemos de los positrones.

En primer lugar, hemos dicho que un positrón es la “antipartícula” de un electrón. ¿Qué diablos significa eso?

Podría decirte que es una partícula igual pero de carga opuesta, pero (aunque para muchas cosas con eso basta) vamos a intentar ir más allá. Supongamos que tenemos un objeto físico al que llamaremos Pepitín (porque nos da la gana). Pepitín tiene una masa, una carga, unas propiedades, las que sean, y conocemos todas estas propiedades, de modo que (si sabemos dónde y cuándo está Pepitín) podemos escribir ecuaciones que nos digan cómo va a comportarse: cómo se va a mover, qué le va a pasar, etc.

Esto es un poco abstracto, pero espero que te ayude a entender el concepto de “antipartícula”. Bien, el AntiPepitín sería otro objeto físico que se comportaría absoluta y exactamente igual que Pepitín (de hecho, no podríamos distinguirlo de Pepitín al ver cómo se mueve, etc.) si en nuestras ecuaciones cambiamos tres cosas de signo:

Primero, la carga. Es decir, si Pepitín tuviera carga positiva, AntiPepitín la tendría negativa. De modo que si, por ejemplo, hay una carga positiva cerca de Pepitín (que tiene también carga positiva), Pepitín se alejaría de ella (porque las cargas del mismo signo se repelen), mientras que AntiPepitín se acercaría a ella. Fíjate que, si sólo cambiamos esto, AntiPepitín aún no nos sirve, es decir, no es la antipartícula de Pepitín, porque no se comporta igual que Pepitín: podemos saber que no es Pepitín porque debería acercarse a la otra carga, y se aleja de ella.

Segundo, la paridad. Esto no es fácil de explicar muy rápido, pero básicamente quiere decir que, en nuestras ecuaciones, donde poníamos las coordenadas espaciales (x, y, z) ahora las cambiamos de signo igual que hemos hecho con la carga; escribiríamos (-x, -y, -z). Esto es algo parecido a coger la imagen del Universo y “darle la vuelta” (en tres dimensiones no es fácil de ver, pero se puede hacer - prueba a imaginarte el punto (2,2,2) y luego el (-2,-2,-2).

En el caso de AntiPepitín, cambiar la paridad simplemente haría que todo (incluída la otra carga y AntiPepitín) estuviera en posiciones “dadas la vuelta”, lo cual no cambiaría mucho en este caso ni haría que AntiPepitín se comportara igual que lo había hecho Pepitín, porque como sigue teniendo carga opuesta a la otra carga, se acercaría a ella.

Tercero, el tiempo. Éste es el más raro de todos: en nuestras ecuaciones cambiaríamos de signo el tiempo, es decir, haríamos que el tiempo fuera hacia atrás. Dicho de otra manera, si hemos filmado a Pepitín (cambiado de carga y de paridad) con una película, ahora cogemos la película y hacemos que vaya al revés.

¿Ves como ahora sí que AntiPepitín es indistinguible de Pepitín? Como se acercaba a la otra carga, al poner la película “al revés”, se aleja de ella…lo mismo que hacía antes Pepitín. Conjugando la carga, la paridad intrínseca y el tiempo, hemos conseguido la antipartícula de Pepitín.

En algún momento tendremos que volver a estas tres simetrías, porque son muy interesantes y revelan aspectos bastante raros sobre el Universo.

Bien, después de esta disgresión abstracta, volvamos al positrón - ahora deberías entender mejor lo que es. Un positrón, por supuesto, tiene carga eléctrica positiva, pues el electrón la tiene negativa. Pero si entendiste el artículo anterior, ya sabes que esto es arbitrario: sería mejor decir que el positrón tiene carga “opuesta” al electrón.

El positrón, además, siguiendo el convenio de nombres de las partículas, debería llamarse antielectrón, pero como fue la primera antipartícula descubierta y tiene carga “positiva” se le llamó positrón. De hecho, hubo algún proponente de cambiar el nombre al electrón y llamarlo negatrón, que francamente suena mucho más espectacular, pero la idea no caló.

Por supuesto, si has comprendido todo lo de la paridad y el tiempo, ¿cómo sabemos que lo que tenemos alrededor son electrones y no positrones? Tal vez estamos yendo hacia atrás en el tiempo y revertidos en el espacio y son positrones…y en algún otro lugar hay electrones moviéndose hacia delante en el tiempo.

Porque puede mirarse así - para un positrón, el tiempo pasa al revés, y ve al resto del Universo hacer lo contrario de lo que ve un electrón…aunque, por supuesto, una partícula no “ve” nada, pero ¿no es sugerente la imagen?

Cuando un electrón y un positrón se encuentran en el espacio y están en el estado cuántico adecuado, se aniquilan el uno al otro y producen otras partículas. Lo más común es que produzcan dos fotones: como los fotones (a los que dedicaremos su propia entrega) no tienen carga, la carga neta se conserva (la suma de las cargas del electrón y el positrón es cero).

Visto desde el punto de vista de la materia normal (es decir, del electrón), el positrón y el electrón se van acercando hasta que chocan y producen dos fotones, que se alejan de la colisión.

Pero imagina la escena si fueras el positrón, moviéndote “hacia atrás” en el tiempo. Por supuesto, para ti no vas hacia atrás, vas hacia delante, pero todo lo demás hace lo contrario de lo que ve el electrón: dos fotones se van acercando el uno al otro, hasta que chocan, y entonces de la colisión salen dos partículas, un electrón y un positrón, que van alejándose la una de la otra.

¡Ah! podrás decir. Pero como sabemos que lo que ocurre no es eso, sino lo contrario, entonces los electrones son los que van “hacia delante” y los positrones “hacia atrás”.

Pero es que lo contrario también pasa. Hay veces en las que dos fotones dan lugar a un electrón y un positrón….de modo que, ¿cómo sabemos que no estamos yendo nosotros (la materia “normal”, como los electrones y los protones) hacia atrás en el tiempo?

La respuesta, por supuesto, es que no lo sabemos - y que la pregunta no tiene sentido. El sentido del tiempo que “vemos” es el que llamamos “hacia delante”, y punto. Nada cambiaría si todo fuera al revés en lo que concierne a las partículas y antipartículas.

Antes de que pierdas los finos lazos que aún te unen a la realidad cotidiana, vamos a acabar este artículo, pero no sin mencionar que los positrones, en su momento, sonaban a “ciencia moderna” tanto que el genial Isaac Asimov, al inventar los cerebros de sus célebres robots, no pudo menos que llamarlos “cerebros positrónicos“, para que sonaran al “futuro” al usar positrones en vez de electrones.

Por supuesto, un cerebro positrónico dentro de un planeta como el nuestro, lleno de materia normal, sería una bomba de relojería que no querríamos tener cerca, pero eso es lo de menos.

Si te ha gustado esta entrada (y permíteme que te diga que si aún estás leyendo esto eres bastante rarito), en la próxima otra partícula normal - el protón.

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