Blog de Enunlugardelcosmos

física cuántica

Propiedades del vacío de QCD (cromodinámica cuántica).

Escrito por Enunlugarenelcosmos 06-12-2017 en ciencia. Comentarios (0)

Esta animación ilustra la típica estructura cuatridimensional de las configuraciones del campo de gluones en descripción de las propiedades del vacío de QCD (cromodinámica cuántica).

El volumen de la caja es 2.4 por 2.4 por 3.6 fm (femtometro), lo suficientemente grande como para contener un par de protones. Contrariamente al concepto de vacío vacío, valga la redundancia, QCD induce campos cromo-eléctricos y cromo-magnéticos a través del espacio-tiempo en su estado de energía más bajo. En él se revela una estructura grumosa que recuerda a una lámpara de lava. Representa una medida del arrollamiento de las líneas de campo del gluón en el vacío QCD.

Crédito:Centro para la Estructura Subatómica de la Materia, Universidad de Adelaide.


¿Qué es un vacío?

Escrito por Enunlugarenelcosmos 27-07-2017 en ciencia. Comentarios (0)

Estos días, hemos estado hablando sobre los vacíos (la famosa nada y los problemas lingüísticos que derivan de ella). Muchas veces hemos escuchado que el universo y todo cuanto contiene busca estar en su estado de mínima energía, a esto se le denomina estado fundamental.

El estado fundamental de un sistema mecánico cuántico representa a su estado de energía más bajo posible; la energía del estado fundamental se conoce también como la energía de punto cero del sistema. Por estado excitado se entiende a cualquier estado con energía superior a la del estado fundamental. El estado fundamental en teoría cuántica de campos se conoce comúnmente como vacío cuántico o vacío.

De acuerdo con el tercer principio de la termodinámica un sistema a temperatura de cero absoluto se encuentra en su estado fundamental, ya que su entropía se determina por la degeneración del estado fundamental. Muchos sistemas, tales como una estructura cristalina perfecta, tienen un estado fundamental único, y por tanto, tienen entropía cero cuando se encuentran a cero absoluto, ya que logaritmo de 1 es 0. También es posible para el estado de mayor excitación, tener temperatura de cero absoluto en los sistemas que exhiben temperatura negativa.

Imágenes: 1 y 2 Representación de diferentes vacíos (falso o excitado y verdadero o estebale) 3. Niveles de energía de un electrón en un átomo: estado fundamental y estado excitado. Después de absorber energía, un electrón puede saltar desde el estado fundamental hacia un estado excitado de mayor energía. Wikipedia

No hay texto alternativo automático disponible.

No hay texto alternativo automático disponible.

No hay texto alternativo automático disponible.


Diferencias entre fermiones y bosones.

Escrito por Enunlugarenelcosmos 18-03-2017 en ciencia. Comentarios (0)

Existen dos tipos básicos de partículas elementales en modelo estándar.

-Los fermiones se caracterizan por tener un espín semientero (1/2,3/2...) son los constituyentes básicos de la materia e interaccionan entre sí por medio de bosones. Este tipo de partículas recibe el nombre en honor del gran físico italiano Enrico Fermi.

-Los bosones se caracterizan por tener espín entero (0,1,2,...) Son los encargados de transmitir las fuerzas en el modelo estándar. A diferencia de los fermiones no cumplen el principio de exclusión de Pauli. Algunos bosones, aunque se comportan como bosones, de hecho están compuestos de otras partículas. Por ejemplo, los núcleos de átomos de helio, bajo ciertas condiciones, se comportan como bosones aun cuando están compuestos por cuatro fermiones que, a su vez, no son elementales cuando son examinados en experimentos de muy alta energía.

Todas las partículas elementales son bosones o fermiones, dependiendo de si su espín es entero o semientero. En física de altas energías y de partículas se dice que los bosones son los mediadores de fuerza o partículas portadoras de las interacciones fundamentales, puesto que los campos eléctromagnético, electrodébil, fuerte y presumiblemente el gravitatorio están asociados a partículas de espín entero. De hecho, la descripción cuántica de las interacciones fundamentales mencionadas consiste en el intercambio de una partícula que será siempre un bosón virtual. Así la interacción de dichos bosones virtuales con fermiones reales es lo que da lugar a dichas interacciones o fuerzas fundamentales. El alcance de dicha interacción en general viene dado por la masa de la partícula intercambiada.

A los bosones involucrados en dichas interacciones se les denomina bosones gauge. Estos son los bosones W y Z para la interacción débil, los gluones para la interacción fuerte, los fotones para la fuerza electromagnética y el hipotético gravitón para la fuerza gravitatoria.

Las partículas compuestas por otras partículas, como los protones, los neutrones o los núcleos atómicos, pueden ser bosones o fermiones dependiendo de su espín total. De ahí que muchos núcleos sean, de hecho, bosones. Basta que el número de fermiones que componga esa partícula sea par para que el sistema compuesto sea un bosón. Así, la mayoría de los elementos tiene isótopos que serán fermiones, es el caso del helio-3, o bosones, como el helio-4. El deuterio es también bosón; sin embargo, sus vecinos protio y tritio son fermiones.

Mientras que los fermiones están obligados a cumplir el principio de exclusión de Pauli: "no puede haber más de una partícula ocupando un mismo estado cuántico", no existe dicha exclusión para los bosones, ellos pueden ocupar estados cuánticos idénticos. El resultado de esto es que el espectro de un gas de fotones a cierta temperatura de equilibrio posee un espectro de Planck (ejemplos de ello son la radiación del cuerpo negro o la radiación del fondo cósmico de microondas, testigo que nos remonta al universo temprano). El trabajo con láseres, las propiedades de superfluido del helio-4 y la reciente formación del condensado de Bose-Einstein son todos consecuencia de la estadística de los bosones.

Las diferencias entre las estadísticas bosónica y fermiónica es solo apreciable en grandes densidades, cuando las funciones de onda se superponen. A bajas densidades, ambos tipos de estadísticas se aproximan a la estadística de Maxwell-Boltzmann, donde ambos tipos de partículas se comportan clásicamente.

No hay texto alternativo automático disponible.


Experimento de Young, patrón de interferencias

Escrito por Enunlugarenelcosmos 15-03-2017 en ciencia. Comentarios (0)

Este patrón de interferencias se explica fácilmente a partir de la interferencia de las ondas de luz al combinarse la luz que procede de dos rendijas, de manera muy similar a como las ondas en la superficie del agua se combinan para crear picos y regiones más planas. En las líneas brillantes la interferencia es de tipo "constructiva". El mayor brillo se debe a la superposición de ondas de luz coincidiendo en fase sobre la superficie de proyección. En las líneas oscuras la interferencia es "destructiva" con prácticamente ausencia de luz a consecuencia de la llegada de ondas de luz de fase opuesta (la cresta de una onda se superpone con el valle de otra).

La formulación moderna permite mostrar tanto la naturaleza ondulatoria de la luz como la dualidad onda-corpúsculo de la materia. En una cámara oscura se deja entrar un haz de luz por una rendija estrecha. La luz llega a una pared intermedia con dos rendijas. Al otro lado de esta pared hay una pantalla de proyección o una placa fotográfica. Cuando una de las rejillas se cubre aparece un único pico correspondiente a la luz que proviene de la rendija abierta. Sin embargo, cuando ambas están abiertas en lugar de formarse una imagen superposición de las obtenidas con las rendijas abiertas individualmente, tal y como ocurriría si la luz estuviera hecha de partículas, se obtiene una figura de interferencias con rayas oscuras y otras brillantes. Este es el llado experimento de la doble rendija o experimento de Young.

Aunque este experimento se presenta habitualmente en el contexto de la mecánica cuántica, fue diseñado mucho antes de la llegada de esta teoría para responder a la pregunta de si la luz tenía una naturaleza corpuscular o si, más bien, consistía en ondas viajando por el éter, análogamente a las ondas sonoras viajando en el aire. La naturaleza corpuscular de la luz es basada principalmente en los trabajos de Newton. La naturaleza ondulatoria, en los trabajos clásicos de Hooke y Huygens.

Los patrones de interferencia observados restaban crédito a la teoría corpuscular. La teoría ondulatoria se mostró muy robusta hasta los comienzos del siglo XX, cuando nuevos experimentos empezaron a mostrar un comportamiento que sólo podía ser explicado por una naturaleza corpuscular de la luz. De este modo el experimento de la doble rendija y sus múltiples variantes se convirtieron en un experimento clásico por su claridad a la hora de presentar una de las principales características de la mecánica cuántica.

La experiencia ha sido considerada fundamental a la hora de demostrar la dualidad onda corpúsculo, una característica de la mecánica cuántica. El experimento también puede realizarse con electrones, protones o neutrones, produciendo patrones de interferencia similares a los obtenidos cuando se realiza con luz.


Interpretación cosmológica de la mecánica cuántica

Escrito por Enunlugarenelcosmos 15-03-2017 en ciencia. Comentarios (0)

La interpretación cosmológica de la mecánica cuántica, propuesta por Anthony Aguirre y Max Tegmark, es una interpretación de la mecánica cuántica que se aplica en el contexto de inflación cosmológica eterna la cual predice un espacio tridimensional infinito con infinitos planetas e infinitas copias de cualquier sistema cuántico.

Según esta interpretación, la función de onda para un sistema cuántico no describe algún conjunto imaginario de las posibilidades de lo que podría estar haciendo el sistema, sino la colección espacial real de copias idénticas del sistemas que existen en nuestro espacio infinito. Su colapso puede ser evitado.
Además, la incertidumbre cuántica que experimenta el observador sencillamente refleja la incapacidad de auto-localizarse en el espacio, para saber cuál de sus infinitas copias en todo el espacio es la que está teniendo sus percepciones subjetivas.

La interpretación cosmológica está basada en el teorema matemático que enuncia que cuando el mismo experimento cuántico se lleva a cabo en infinitos lugares al unísono, el resultado es la superposición cuántica de estados indistinguibles para todo el espacio, y en cada de estos estados, la fracción de todos los lugares donde un resultado dado ocurre iguala a aquel dado por la regla de Born. En este sentido, las probabilidades cuánticas emergen de probabilidades clásicas.

El cosmólogo Alexander Vilenkin ha expresado su apoyo a esta interpretación: "Pienso que ésto es un avance importante. Mostraron que la matemática realmente funciona. De alguna manera aclara las fundaciones de mecánica cuántica."

Imagen: Función de onda para una partícula bidimensional encerrada en una caja. Las líneas de nivel sobre el plano inferior están relacionadas con la probabilidad de presencia. Wikipedia

No hay texto alternativo automático disponible.