Cienciaes.com

El Neutrino podcast - Cienciaes.com suscripción

El Neutrino

El neutrino es una partícula esquiva, en apariencia insignificante, pero necesaria para explicar el mundo. Ni la radiactividad, ni el big bang, ni el Modelo Estandar de la física de partículas serían posibles sin él. Con El neutrino, un blog nacido en febrero de 2009, el físico y escritor Germán Fernández pretende acercar al lector, y ahora al oyente, al mundo de la ciencia a partir de cualquier pretexto, desde un paseo por el campo o una escena de una película, hasta una noticia o el aniversario de un investigador hace tiempo olvidado.

Bosones y fermiones. Mecánica cuántica estadística sin fórmulas

Bosones y fermiones - El Neutrino Podcast - CienciaEs.com
En nuestra vida diaria, asumimos que cada objeto tiene una identidad propia y que podemos distinguirlos y observar su comportamiento individual dentro de un sistema. Si, por ejemplo, lanzamos dos monedas iguales, podemos pintar una marca en una de ellas y considerar como sucesos distintos el caso en el que la primera salga “cara” y la segunda “cruz” y el caso inverso. Así, tenemos cuatro resultados posibles, con una probabilidad de 1/4 cada uno: cara-cara, cara-cruz, cruz-cara, cruz-cruz. Y es cierto, la probabilidad de que al lanzar las dos monedas salga una cara y una cruz es 1/2, la suma de los dos resultados cara-cruz y cruz-cara, que, aunque no marquemos las monedas, son distintos. Pero esto no es así en el mundo subatómico, donde se aplican las reglas de la física cuántica.

En el mundo cuántico, dos partículas idénticas son intrínsecamente indistinguibles; en la interacción de, por ejemplo, dos electrones, es imposible etiquetar o identificar a cada uno de ellos de modo que se pueda saber cuál es cuál antes y después de la interacción. Esto se debe a que las partículas cuánticas se comportan a la vez como ondas, de manera que es imposible seguir con precisión la trayectoria de cada una por separado: las ondas se superponen y se mezclan en la interacción. Son los efectos del “principio de indeterminación de Heisenberg”, según el cual es imposible medir con precisión y simultáneamente la posición y el movimiento de una partícula. Esto tiene un efecto crucial en el comportamiento estadístico de las partículas, que es completamente diferente del comportamiento de las monedas y otros objetos macroscópicos.

Existen dos tipos de partículas cuánticas, que presentan comportamientos estadísticos diferentes: los fermiones y los bosones. Son fermiones los electrones, los quarks, los protones, los neutrones, los núcleos de carbono-14, etc; son bosones los fotones de la luz, los átomos de helio-4… El que una partícula sea bosón o fermión depende del valor de una propiedad cuántica llamada espín, una especie de rotación intrínseca (aunque no se puede interpretar como la rotación de un objeto material en el espacio tridimensional tal como estamos acostumbrados a ver en el mundo macroscópico). Usando las unidades apropiadas, el espín de los bosones siempre es un número entero (0, +1, -1, +2, -2…), mientras que el de los fermiones es semientero (+1/2, -1/2, +3/2, -3/2…).

El lanzamiento de dos “monedas cuánticas” que se comportaran como bosones tendría solamente tres resultados posibles: cara-cara, cruz-cruz y cara-cruz, puesto que en este tercer caso sería imposible saber qué moneda ha caído en cara y cuál en cruz. Lo que resulta más curioso es que este último caso no tiene una probabilidad de 1/2, como en la estadística de las monedas macroscópicas, sino que cada uno de esos tres resultados posibles tendría la misma probabilidad de 1/3. Es la llamada estadística de Bose-Einstein.

Los fermiones son aún más extraños: Cumplen el llamado “principio de exclusión de Pauli”, que postula que dos fermiones idénticos no pueden ocupar a la vez el mismo estado cuántico. Así, el único resultado posible del lanzamiento de dos “monedas cuánticas” que se comportaran como fermiones sería cara-cruz. Esta estadística se denomina estadística de Fermi-Dirac.

El principio de exclusión de Pauli es el responsable de la distribución de los electrones en los átomos en distintos niveles de energía, y por tanto de la existencia de la tabla periódica, de las propiedades químicas de los elementos y de la propia estabilidad de la materia. La estadística de Fermi-Dirac de los fermiones explica la impenetrabilidad de la materia y las propiedades electromagnéticas de los metales. Por su parte, el comportamiento de los bosones, que siguen la estadística de Bose-Einstein, explica las propiedades térmicas de la materia, el láser, los materiales superconductores… Antes de la formulación de la física cuántica, todos esos fenómenos eran inexplicables.

OBRAS DE GERMÁN FERNÁNDEZ:

Infiltrado reticular
Infiltrado reticular es la primera novela de la trilogía La saga de los borelianos. ¿Quieres ver cómo empieza? Aquí puedes leer los dos primeros capítulos.

El expediente Karnak. Ed. Rubeo

El ahorcado y otros cuentos fantásticos. Ed. Rubeo


Botón de donación
Apoya a CienciaEs haciéndote MECENAS con una donación periódica o puntual.
Colabore con CienciaEs.com - Ciencia para Escuchar
35,6 millones de audios servidos desde 2009

Agradecemos la donación de:

Javi Zumaia
“En plena era de la desinformación, vuestra labor dedicada a la divulgación científica no hace sino aportar un balón de oxígeno a todos los amantes de la ciencia.”
Mecenas

Alberto Hernando
“A seguir bien:)”
Mecenas

Donación anónima
“Muchas Gracias”
Mecenas

Juan Luján
“Gracias por el placer del saber”
Mecenas

Javier Calpe
Mecenas

Fernando Bayon
Mecenas

Jesús López Tapia
“Querido Ángel. Me siento muy honrado de pertenecer a esta comunidad. Gracias por vuestro trabajo.”
Mecenas

Luis M Barreiro
Mecenas

Eduard Capell
Mecenas

Fernando Antonio Navarrete
Mecenas

Anónimo desde México
“Deseando que el 2021 nos encuentre fuertes para – apoyados en la ciencia – tratar de mejorar al mundo y a nuestra especie, les envío un abrazo agradecido por su esfuerzo y dedicación. Muchas gracias, Ángel y todo el equipo.”
Mecenas

Anónimo de Granada
Mecenas

Philip Schlup
Mecenas

Josep Pau Canal
Nuevo mecenas de Paypal

Angels Santesmasses
Mecenas

Peter O’Donovan
Mecenas

Oscar Greggio Ochoa
Nuevo mecenas de Patreon

Jordi Pardo Mani
“Mi contribución es modesta pero mi ánimo hacia vosotros enorme. “
Mecenas

Daniel Alfredo Tenorio
Mecenas

Santiago Machín Hamalainen
Mecenas

Juan Agustín Esteban Jiménez
Mecenas

Javier
Nuevo mecenas de Patreon

Oscar Eduardo Trujillo
Mecenas

Belén Rial Franco
Mecenas

Eduardo Hector Fernández
Mecenas

Norman Vasquez
Mecenas

José Luis Sanchez Lozano
Mecenas

David Valentín
Mecenas

Ignacio Arregui
Mecenas

Jacob Hughey Mecenas

Carlos Serrano Mecenas

Willem Reinders Mecenas

Juan Luis Jimeno Mecenas

David Bueno González
Mecenas

*Daniel César Román”
Mecenas

———- O ———-
App CienciaEs Android
App CienciaEs
App de cienciaes en apple store YouTube CienciaEs
———- O ———-



feed completo
Suscribase a nuestros programas






Locations of visitors to this page