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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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Las partículas virtuales

 

Las partículas y las fuerzas
Los fermiones: quarks y leptones
Los bosones: portadores de fuerzas
Las teorías de gran unificación
La teoría del Todo
Las partículas virtuales

La era de Planck y la inflación
La era de Planck
La era inflacionaria
La homogeneidad del Universo
La planitud del Universo
La aparición de la materia y la bariogénesis

La evolución de la materia
El confinamiento de los quarks y la era hadrónica
El desacoplamiento de los neutrinos y la era leptónica
La nucleosíntesis primordial
La recombinación y la radiación fósil
Las fluctuaciones de densidad primordiales

Algunas curiosidades
La dualidad onda-partícula
La paradoja EPR y la no separabilidad
El ajuste de las constantes fundamentales
El gato de Schrödinger
Los universos paralelos

 

 

 

Universe_expansion_es

Según la teoría del Big Bang, el Universo se originó en una singularidad espaciotemporal de densidad infinita matemáticamente paradójica. El universo se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofísicos se han alejado unos respecto de los otros.

 

Las partículas virtuales

Además de los constituyentes de la materia, los fermiones y partículas que transmiten fuerzas, los bosones, todavía debemos conocer otro tipo de partículas para comprender los fenómenos que se produjeron durante el Big bang: las partículas virtuales.

El principio de incertidumbre aplicada a la energía

Las partículas virtuales son una consecuencia del principio de incertidumbre de la mecánica cuántica. En su primera forma, el principio de incertidumbre enuncia que la posición y velocidad de una partícula no pueden medirse simultáneamente con una precisión arbitraria. Cuanto más tratamos de determinar exactamente la posición de la partícula, más grande será la incertidumbre sobre su velocidad, y viceversa.

Un principio similar se aplica a la energía y al tiempo: para que una partícula pueda permanecer en un nivel de energía muy preciso, es necesario que se quede en este estado durante un tiempo bastante largo (a escala microscópica). Si se reduce el tiempo pasado por la partícula en este estado, la incertidumbre sobre la energía de la partícula aumenta automáticamente. Como en el caso de la posición y velocidad, no se trata de un problema tecnológico de medida, sino de una propiedad íntima de la materia.

Este principio tiene grandes consecuencias sobre toda la física microscópica. Si la energía está sometida a una incertidumbre, eso significa que no está fijada de manera rigurosa, contrariamente a lo que la física clásica enuncia. Más importante aún, la energía puede aparecer o desaparecer a partir de la nada a condición, no obstante, de que el fenómeno se produzca durante un tiempo muy limitado determinado por el principio de incertidumbre.

Las partículas virtuales

Esta posibilidad de creación de energía se vuelve particularmente interesante, ya que, según la relatividad restringida de Albert Einstein, la energía es equivalente a la masa. La mecánica cuántica nos enseña, pues, que la masa puede aparecer a partir de la nada, existir durante una duración muy breve y luego desaparecer. Se puede, por ejemplo, calcular que un electrón puede surgir de la nada y vivir durante 10-21 segundos antes de desaparecer.

Tengamos en cuenta que si la energía puede sufrir incertidumbre, no es el caso de la carga eléctrica. Así, cuando un electrón aparece temporalmente a partir de la nada, debe necesariamente estar acompañado de un antielectrón para que la carga total del conjunto siga siendo constante y nula.

Las partículas que aparecen y desaparecen de esta manera tienen un tiempo de vida muy breve. No son observables directamente y se las califica, pues, de partículas virtuales. Su presencia puede, sin embargo, ser detectada por efectos indirectos que inducen sobre las partículas ordinarias.

Así, por ejemplo, un electrón jamás está aislado en el espacio. Está en realidad rodeado de una nube de partículas y antipartículas virtuales que van a afectar ligeramente algunas de sus propiedades. Este fenómeno ha sido verificado, ya que algunas características del electrón se comprenden sólo si se acude a la influencia de esta nube.

Un vacío que no está vacío

Esta posibilidad de creación y desaparición de materia cambia profundamente nuestra visión del mundo microscópico. El concepto de vacío está especialmente afectado. En efecto, el principio de incertidumbre implica que, incluso el vacío más absoluto, está de hecho poblado de una miríada de partículas y antipartículas virtuales. El vacío, en el sentido que se entiende habitualmente, es decir, la ausencia total de materia, no existe.

Incluso en las primeras fases del Big bang, cuando la materia ordinaria no existía aún, el Universo se agitaba de una sucesión frenética de creaciones y desapariciones de partículas de todos los tipos, y es gracias a esta agitación que la materia ordinaria pudo hacer su aparición.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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