Mecánica cuántica relativista

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ANTIMATERIA

Junto a la equivalencia masa-energía, hay otra consecuencia relevante de la teoría de la relatividad sobre las partículas fundamentales. En 1928, Paul Dirac introdujo los efectos relativistas en la ecuación de ondas de Schrödinger que describe el comportamiento del electrón en el átomo y, al calcular las soluciones de la energía, obtuvo la expresión:
E^2 = m^2 c^4,
de la que se deriva:
E = ± m c^2,
que es la energía cinética relativista cuando se toma con signo positivo, pero no tiene sentido real con el signo negativo.

Al menos eso fue lo que pensaron los físicos de finales de los años 20, excepto el propio Dirac, quien intentó afanosamente hallar una explicación a los valores negativos de la energía. Propuso que el vacío estaba constituido por un mar de electrones de energía negativa, con todos los niveles ocupados. De este modo, no los podemos observar, puesto que no se pueden producir transiciones entre dichos niveles completamente llenos. Sin embargo, en un momento dado, un fotón de alta energía es posible que colisione con uno de dichos electrones y en ese instante lo hace “visible” al comunicarle la suficiente energía como para que el electrón pase a un nivel de energía positivo. Al mismo tiempo que detectamos el electrón en el “mundo real”, éste habrá dejado un “hueco” en los niveles de energía negativos que lo interpretaremos como la aparición de otra partícula, de masa igual a la del electrón, pero con carga positiva.

A dicha partícula se le llamó positrón, como abreviatura de electrón positivo. La hipótesis de Dirac fue confirmada muy pocos años más tarde, en 1932, cuando Carl Anderson y Robert Millikan, del Instituto de Tecnología de California, detectaron al positrón en los rayos cósmicos. En efecto. No sólo el electrón tiene su antipartícula, sino que ese mismo concepto acerca de la estructura del vacío cabe extenderse al resto de las partículas. De tal manera que hablamos así de la existencia de la antimateria, constituida por las partículas simétricas. Podemos crear una pareja partícula-antipartícula en experimentos con fotones de alta energía y, lógicamente, cuando se encuentre una partícula con su correspondiente antipartícula, se aniquilarán mutuamente, transformándose en energía. La antipartícula del protón es el antiprotón, que tiene sus mismas propiedades y una carga eléctrica igual en valor numérico, aunque negativa.

Es muy probable que en los primeros estadios del universo, poco después del Big Bang, se creara tanto materia ordinaria como antimateria y que, debido a la asimetría introducida en la rápida etapa inflacionaria, en cada región del espacio predominaran las cantidades de una sobre las de la otra. De este modo, una vez concluida la aniquilación, el resultado final fuera o bien una zona de materia, como la nuestra, o una de antimateria. Incluso cabe la posibilidad de que la luz de alguna de las galaxias lejanas que observamos corresponda a regiones de antimateria. Y también es muy posible que algunas de las radiaciones procedentes de las zonas remotas del espacio sean debidas a los fotones originados en la destrucción mutua de la materia y la antimateria que ocasionalmente se hayan acercado lo bastante en esas regiones del universo.

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