Sobre las partículas…
Por
por Néstor Espinoza*
…Y EL POR QUÉ UN PARTIDO DE FÚTBOL CON ELECTRONES SERÍAUN DESASTRE.
Siempre he sido un amante del deporte. El fútbol, en particular, jamás dejó de ser uno de los más entretenidos de jugar con amigos y familia, sobre todo por lo cómico que siempre me ha resultado que las reglas y delimitaciones varíen de cancha en cancha. De pequeño recuerdo que jugar en la calle era usualmente una molestia, ya fuese por el paso de los autos y/o personas que necesitaban cruzar “justo” por el lugar en el que uno estaba jugando. Me acuerdo que la primera vez que vi aquella película titulada “Querida, encogí a los niños”, en donde el protagonista encogía a sus hijos al tamaño de un insecto, pensé que sería una buena solución al problema de los autos y las personas: total, nadie te retaría si planeabas un partido de fútbol en la cocina. Pero… ¿qué hubiese pasado si la cancha hubiese sido de un tamaño comparable al de un átomo?
Admitiendo por un momento que nuestros cuerpos funcionaran bien al encogernos a un nivel atómico (lo que sería, en realidad, una violación a las leyes de la Física), es factible preguntarse si encontraríamos un buen substituto para un balón a nivel atómico. En el fútbol, uno usualmente considera una buena pelota aquella que no rebota en exceso, tenga un peso adecuado y que, por tanto, le puedas dar una trayectoria bien definida si la golpeas “bien”. Esto de “trayectoria bien definida” es, de hecho, el concepto que uno tiene inherentemente al hablar de una partícula. Usualmente, al hablar de partículas (o un conjunto de ellas) uno asocia que éstas tienen una posición bien definida, una masa bien definida y una velocidad bien definida. Así, por ejemplo, cuando un jugador profesional de fútbol lanza un pase, sabe precisamente dónde llegará, porque conoce exactamente con qué impulso y ángulo pegarle al balón para que salga en la trayectoria deseada. Si pensáramos en un “candidato a balón” a nivel atómico, quizá a más de alguno se le ocurriría ocupar un electrón, puesto que generalmente se asocian las partículas elementales (erróneamente) con formas esféricas. Pues bien, déjenme decirles que tal partido de fútbol sería un desastre. Ni el mismísimo Alexis Sánchez podría anotar un penal, incluso sin arquero.
A nivel atómico, las partículas se comportan igual que una onda y, lo sé, no tiene mucha lógica para nosotros: ¡son conceptos casi completamente opuestos! Por un lado, al hacer una ola en el agua (una onda) ésta no tiene una posición determinada sino que es una perturbación del agua que abarca todo un sector: no puedo decir “la onda está allí” indicando un único punto, sino que necesariamente debo indicar que la onda esta “esparcida” en el medio. Lo mismo pasa con la velocidad de cada molécula de agua, cada una tiene una velocidad distinta, pero el grupo de moléculas se mueve con una velocidad característica.
Por otro lado, el concepto de partícula tiene una posición bien definida y una velocidad bien definida. Si el balón está en la red, está allí y en ningún lado más: ¿cómo, entonces, es que las partículas a nivel atómico se comporten como onda? Eso se refiere a que las “partículas”, como los electrones, no tienen ni una posición, ni una velocidad bien definida: tienen probabilidades de tener una cierta posición y una cierta velocidad (la rama de la física que se dedica a estos fenómenos es la “Mecánica Cuántica”, de hecho). En ese sentido, no importa qué tan experto ni cuántas veces un jugador trate de patear un electrón de una misma manera, el electrón siempre tendrá probabilidades de salir en direcciones totalmente inesperadas para él.
Si bien nuestro partido de fútbol podría parecer fallido, esta enorme sorpresa de la naturaleza tiene sus beneficios. En teoría, si uno toma en consideración la temperatura que hay en el centro del Sol y, por lo tanto, las velocidades que debiesen tener los protones en el núcleo, los cálculos sorprendentemente niegan la posibilidad de que el Sol pueda producir fusión atómica con dos protones para formar Helio. Aún así, gracias a la naturaleza probabilística de la posición y velocidad de los protones es que algunos de ellos logran “pasar a través” de la repulsión eléctrica que los separa inicialmente, fusionándose y logrando finalmente la maravillosa reacción nuclear que nos despierta cada mañana.
Así que la próxima vez que miren al Sol, recuerden que allí yace un efecto cotidiano de la (usualmente tratada como compleja) Mecánica Cuántica.
*Néstor Espinoza – Astrónomo (PUC), Candidato a Doctor en Astrofísica (PUC) e Investigador del Instituto Milenio de Astrofísica (MAS) – @nespinozap