El positronio desafía las predicciones de la física

Hace más de un siglo, el clásico —el de Maxwell, Helmholtz y Boltzmann— parecía tan firmemente establecido que podía pensarse que era tan insuperable como la física más primitiva conocida por la humanidad, la de la geometría euclidiana. describiendo las propiedades de los movimientos de los cuerpos, como explicó en profundidad el gran matemático al comienzo de su famosa obra Ciencia e hipótesis. Einstein retomará este punto de vista, como explica en sus conferencias impartidas en la Universidad de Princeton y publicadas bajo el título El significado de la relatividad.

Sin embargo, ya existían en 1900 anomalías curiosas que se podría pensar que son sólo excepciones sin importancia y que se acabarían explicando en el marco de la física clásica. Estaba el curioso fenómeno que se producía cuando se sometía a unos a radiaciones bien definidas y no a otros, el enigmático fracaso del experimento de Michelson y Morley y el bizarro avance del.

La historia ha demostrado que se trataba de pequeños picos que surgían de revoluciones fundamentales en los cimientos de la física, ya que condujeron a revoluciones cuánticas y relativistas con quanta de, ondas de y geometría de curvas no euclidiana.

Cabe preguntarse si hoy no es lo mismo con un detectado referente al, como explica un grupo de en un artículo publicado en Cartas de revisión física.

Futura ya había hablado del positronio para introducir un artículo (ver más abajo) sobre un primo de este sistema cuántico perteneciente a la física de partículas, y más exactamente de la más precisa de las teorías físicas descubiertas por el Homo sapiens, el. El positronio es un equivalente de la d ‘pero en lugar de tener un en (por así decirlo) alrededor de a, lo que toma el lugar de un núcleo cargado positivamente es el del electrón, el.

Una anomalía en el espectro de emisiones lumínicas

Dado que hay un primo más pesado del electrón llamado, uno puede imaginar un sistema vinculado análogo al positrón. Sin embargo, se sabe desde hace un tiempo que el muón no se comporta como predice el modelo estándar en física de partículas. Así, una nueva física también podría señalar el final del sonido con el estudio del muonio. Pero, sorprendentemente, este ya puede ser el caso del positronio, que los físicos del University College de Londres han estudiado con mayor precisión.

En su momento, el átomo de hidrógeno había servido como laboratorio para descubrir y desarrollar la teoría cuántica debido a su simplicidad. El positronio es aún más simple porque, al igual que el electrón, el positrón no parece estar compuesto a diferencia del protón formado por y. En este caso, los físicos han analizado la estructura fina del positronio, es decir, la forma en que el sistema emite luz con transiciones entre niveles cuantificados.

Las transiciones se han producido utilizando radiación en el dominio de microondas, que es más precisamente radiación, aunque la física involucrada es la misma. Se produciría una transición cuántica con una onda cuya frecuencia predicha a partir de los cálculos de los teóricos era de aproximadamente 18,498 megahercios. Sin embargo, los experimentadores midieron un valor de 18.501 megahertz, una diferencia a priori pequeña desde aproximadamente 0.02%. Pero, dado que el error experimental estimado fue solo de aproximadamente 0,003%, esta es una gran desviación.

A pesar de todos sus esfuerzos, ni los teóricos ni los experimentadores han encontrado nada en su trabajo. Esto podría significar que necesitamos introducir nueva física, pero se requiere cautela como podemos imaginar con una declaración del físico teórico Jesús Pérez Ríos del Instituto de Max Society en Berlín (que no participó en la nueva investigación): «Entonces lo mejor que puedo decirles es que no lo sabemos «. Pero el investigador no dudó en entregarse a algunas especulaciones, evocando la posible influencia de uno de los hipotéticos campos de partículas cuya existencia se ha propuesto en particular para dar sustancia a la teoría de la materia oscura. , el axión.

Sin embargo, es difícil no llegar a la conclusión de que si este fuera el caso, ya deberíamos haber visto el efecto de en otros experimentos.

Lo que debes recordar

  • El positronio es un primo del átomo de hidrógeno con el protón reemplazado por la antipartícula del electrón, el positrón.
  • Un estudio nuevo y más preciso de cómo el positronio emite o absorbe la luz por masering ha llevado a un desacuerdo significativo con la electrodinámica cuántica, la teoría física más precisa conocida por la humanidad.
  • No se produce una transición cuántica con la frecuencia de fotones esperada.
  • Puede ser que esta transición sea sensible a otros campos aún desconocidos en la física, por ejemplo el sugerido en la búsqueda de la materia oscura y asociado a una partícula, el axión.

El muonio, ¿la próxima conquista de la física?

El positronio, un electrón alrededor de un positrón, se conoce teóricamente y se obtiene experimentalmente, pero nadie sabía cómo ensamblar muón y antimuón para formar muonio. Dos investigadores estadounidenses ahora creen que saben cómo hacerlo.

Fue una predicción sorprendente del gran teórico de la mecánica cuántica en 1928. Buscando una generalización relativista de la calidad de una partícula como el electrón, fue llevado por consideraciones casi de pura matemática al descubrimiento de su famosa ecuación aplicada a la onda. Esta fórmula tenía soluciones que describían partículas de energía negativa que los principios de la mecánica cuántica e imponían tener en cuenta. Necesariamente debían tener un significado físico y no podían descartarse como se hacía habitualmente en otras ecuaciones de la física clásica.

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Para salir de esto, Dirac propuso que estas soluciones de energía negativa eran de hecho partículas con energía positiva pero de carga opuesta a la del electrón. Aplicando la navaja de Occam, y aunque era consciente de que el protón y el electrón eran dos partículas diferentes, identificó el protón con la solución de energía negativa asociada a un electrón. Muy pocos físicos tomaron en serio las ideas de Dirac, excepto Oppenheimer, quien también fue uno de los primeros en comprender que debe haber antipartículas reales de la misma masa que las que conocemos.

El positrón, la antipartícula del electrón, que se diferencia de este último sólo por una carga del signo opuesto, fue finalmente descubierto en ellos por Carl Anderson en 1932. En 1936, descubrió otra partícula en radiación cósmica con su entonces alumno, Seth Neddermeyer. . 207 veces más masiva que el electrón, esta partícula fue identificada erróneamente como predijo Yukawa unos años antes. Este último había sido propuesto por el físico japonés para explicar la fuerte fuerza nuclear en los protones y en los núcleos, a pesar de la fuerza de repulsión entre los protones y el carácter neutro de los neutrones. De hecho, con bastante rapidez, ciertas anomalías en el comportamiento del mesón recién descubierto llevaron a los físicos a rechazar esta hipótesis. No fue hasta los avistamientos de Cecil Powell, César Lattes y Giuseppe Occhialini en 1947 que se descubrió realmente el peón de Yukawa.

Muones, catalizadores de fusión fría decepcionantes

El descubrimiento del muón por Anderson y Neddermeyer, por lo tanto, desconcertó a los físicos. Entonces, ¿para qué serviría este primo del electrón, más pesado que él pero que parecía tan cercano a un electrón? La confusión aumentó cuando más tarde se descubrió otro primo aún más pesado, el Mole.

Hoy en día, estas tres partículas están asociadas en el marco de y ahora nos damos cuenta de que todas son necesarias para que no aparezcan determinadas anomalías de origen cuántico en la teoría de los quarks.

Los muones se propusieron a finales de la década de 1940 y principios de la de 1950 como catalizadores para reacciones de fusión en frío a baja temperatura por Andrei Sakharov, FC Frank, Ya. B. Zel’dovitch y Luis W. Alvarez. Al reemplazar electrones en átomos de hidrógeno y especialmente de deuterio y tritio, teóricamente hacen posible facilitar las reacciones de. Desafortunadamente, los muones son difíciles de producir y solo viven una fracción de segundo, sin mencionar ciertas dificultades señaladas en 1957 por JD Jackson que finalmente hacen que la realización de reacciones de fusión con muones sea poco atractiva.

Dos consejos para crear muonio

El hecho es que se ha estudiado la cuestión de la formación y estabilidad de una especie de átomo de hidrógeno con un muón positivo que desempeña el papel de un protón, con un electrón alrededor. Originalmente, es este conjunto el que recibió el nombre de muonio pero, con el positronio (un electrón y un positrón formando un estado enlazado como el átomo de hidrógeno) sería más lógico llamar al estado muonio. vinculado con un muon y un antimuon (con un par tauon-antitauon tendríamos tauonium).

Desafortunadamente, este estado nunca se observó y nadie tenía idea de cómo hacerlo, si hacerlo u observarlo. Esto acaba de cambiar tras un artículo publicado por Stanley J. Brodsky, del Laboratorio Nacional Acelerador del Departamento de Energía, y su colega Richard Lebed de la Universidad Estatal de Arizona.

Mientras discutían cómo crear partículas con aceleradores utilizando colisionadores de electrones y positrones, los dos teóricos de repente se dieron cuenta de que en las áreas que consideraban, la producción de muonio estaba surgiendo de forma natural. . Se descubrieron así dos procesos, uno de los cuales está representado en la imagen del artista al pie del artículo.

La primera idea es hacer que un haz de positrones choque con un haz de electrones en un ángulo dado. Entre las posibles reacciones, las dos partículas se combinan aniquilándose entre sí para formar una, que se transmuta en un par de muones y antimuones formando temporalmente un estado ligado. Por lo relativista con respecto al laboratorio, el fenómeno del tiempo permitiría que el muonio se mantuviera estable el tiempo suficiente para ser observado en los detectores.

El segundo proceso, más raro, se basa en una colisión frontal entre los dos haces anteriores y da lugar a la formación de un muonio y un fotón emitidos transversalmente. Según los dos investigadores, es probable que en experimentos como los de estos procesos ya se hayan producido pero no se hayan detectado porque no se esperaba que aparecieran, lo que además es fugaz. La próxima generación de colisionadores de electrones y positrones debería permitir estudiar estos estados predichos por la electrodinámica cuántica.

¿Quién puede saber a qué descubrimientos conducirá el muonio? ¿Y si fuera la clave de la fusión fría?

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