En la primera entrada de esta serie de Esas maravillosas partículas hablamos sobre el electrón. Allí ya mencionamos que trataríamos sobre su antipartícula, el positrón, en un artículo independiente, de modo que aquí lo tienes: hablemos de los positrones.
En primer lugar, hemos dicho que un positrón es la “antipartícula” de un electrón. ¿Qué diablos significa eso?
Podría decirte que es una partícula igual pero de carga opuesta, pero (aunque para muchas cosas con eso basta) vamos a intentar ir más allá. Supongamos que tenemos un objeto físico al que llamaremos Pepitín (porque nos da la gana). Pepitín tiene una masa, una carga, unas propiedades, las que sean, y conocemos todas estas propiedades, de modo que (si sabemos dónde y cuándo está Pepitín) podemos escribir ecuaciones que nos digan cómo va a comportarse: cómo se va a mover, qué le va a pasar, etc.
Esto es un poco abstracto, pero espero que te ayude a entender el concepto de “antipartícula”. Bien, el AntiPepitín sería otro objeto físico que se comportaría absoluta y exactamente igual que Pepitín (de hecho, no podríamos distinguirlo de Pepitín al ver cómo se mueve, etc.) si en nuestras ecuaciones cambiamos tres cosas de signo:
Primero, la carga. Es decir, si Pepitín tuviera carga positiva, AntiPepitín la tendría negativa. De modo que si, por ejemplo, hay una carga positiva cerca de Pepitín (que tiene también carga positiva), Pepitín se alejaría de ella (porque las cargas del mismo signo se repelen), mientras que AntiPepitín se acercaría a ella. Fíjate que, si sólo cambiamos esto, AntiPepitín aún no nos sirve, es decir, no es la antipartícula de Pepitín, porque no se comporta igual que Pepitín: podemos saber que no es Pepitín porque debería acercarse a la otra carga, y se aleja de ella.
Segundo, la paridad. Esto no es fácil de explicar muy rápido, pero básicamente quiere decir que, en nuestras ecuaciones, donde poníamos las coordenadas espaciales (x, y, z) ahora las cambiamos de signo igual que hemos hecho con la carga; escribiríamos (-x, -y, -z). Esto es algo parecido a coger la imagen del Universo y “darle la vuelta” (en tres dimensiones no es fácil de ver, pero se puede hacer - prueba a imaginarte el punto (2,2,2) y luego el (-2,-2,-2).
En el caso de AntiPepitín, cambiar la paridad simplemente haría que todo (incluída la otra carga y AntiPepitín) estuviera en posiciones “dadas la vuelta”, lo cual no cambiaría mucho en este caso ni haría que AntiPepitín se comportara igual que lo había hecho Pepitín, porque como sigue teniendo carga opuesta a la otra carga, se acercaría a ella.
Tercero, el tiempo. Éste es el más raro de todos: en nuestras ecuaciones cambiaríamos de signo el tiempo, es decir, haríamos que el tiempo fuera hacia atrás. Dicho de otra manera, si hemos filmado a Pepitín (cambiado de carga y de paridad) con una película, ahora cogemos la película y hacemos que vaya al revés.
¿Ves como ahora sí que AntiPepitín es indistinguible de Pepitín? Como se acercaba a la otra carga, al poner la película “al revés”, se aleja de ella…lo mismo que hacía antes Pepitín. Conjugando la carga, la paridad intrínseca y el tiempo, hemos conseguido la antipartícula de Pepitín.
En algún momento tendremos que volver a estas tres simetrías, porque son muy interesantes y revelan aspectos bastante raros sobre el Universo.
Bien, después de esta disgresión abstracta, volvamos al positrón - ahora deberías entender mejor lo que es. Un positrón, por supuesto, tiene carga eléctrica positiva, pues el electrón la tiene negativa. Pero si entendiste el artículo anterior, ya sabes que esto es arbitrario: sería mejor decir que el positrón tiene carga “opuesta” al electrón.
El positrón, además, siguiendo el convenio de nombres de las partículas, debería llamarse antielectrón, pero como fue la primera antipartícula descubierta y tiene carga “positiva” se le llamó positrón. De hecho, hubo algún proponente de cambiar el nombre al electrón y llamarlo negatrón, que francamente suena mucho más espectacular, pero la idea no caló.
Por supuesto, si has comprendido todo lo de la paridad y el tiempo, ¿cómo sabemos que lo que tenemos alrededor son electrones y no positrones? Tal vez estamos yendo hacia atrás en el tiempo y revertidos en el espacio y son positrones…y en algún otro lugar hay electrones moviéndose hacia delante en el tiempo.
Porque puede mirarse así - para un positrón, el tiempo pasa al revés, y ve al resto del Universo hacer lo contrario de lo que ve un electrón…aunque, por supuesto, una partícula no “ve” nada, pero ¿no es sugerente la imagen?
Cuando un electrón y un positrón se encuentran en el espacio y están en el estado cuántico adecuado, se aniquilan el uno al otro y producen otras partículas. Lo más común es que produzcan dos fotones: como los fotones (a los que dedicaremos su propia entrega) no tienen carga, la carga neta se conserva (la suma de las cargas del electrón y el positrón es cero).
Visto desde el punto de vista de la materia normal (es decir, del electrón), el positrón y el electrón se van acercando hasta que chocan y producen dos fotones, que se alejan de la colisión.
Pero imagina la escena si fueras el positrón, moviéndote “hacia atrás” en el tiempo. Por supuesto, para ti no vas hacia atrás, vas hacia delante, pero todo lo demás hace lo contrario de lo que ve el electrón: dos fotones se van acercando el uno al otro, hasta que chocan, y entonces de la colisión salen dos partículas, un electrón y un positrón, que van alejándose la una de la otra.
¡Ah! podrás decir. Pero como sabemos que lo que ocurre no es eso, sino lo contrario, entonces los electrones son los que van “hacia delante” y los positrones “hacia atrás”.
Pero es que lo contrario también pasa. Hay veces en las que dos fotones dan lugar a un electrón y un positrón….de modo que, ¿cómo sabemos que no estamos yendo nosotros (la materia “normal”, como los electrones y los protones) hacia atrás en el tiempo?
La respuesta, por supuesto, es que no lo sabemos - y que la pregunta no tiene sentido. El sentido del tiempo que “vemos” es el que llamamos “hacia delante”, y punto. Nada cambiaría si todo fuera al revés en lo que concierne a las partículas y antipartículas.
Antes de que pierdas los finos lazos que aún te unen a la realidad cotidiana, vamos a acabar este artículo, pero no sin mencionar que los positrones, en su momento, sonaban a “ciencia moderna” tanto que el genial Isaac Asimov, al inventar los cerebros de sus célebres robots, no pudo menos que llamarlos “cerebros positrónicos“, para que sonaran al “futuro” al usar positrones en vez de electrones.
Por supuesto, un cerebro positrónico dentro de un planeta como el nuestro, lleno de materia normal, sería una bomba de relojería que no querríamos tener cerca, pero eso es lo de menos.
Si te ha gustado esta entrada (y permíteme que te diga que si aún estás leyendo esto eres bastante rarito), en la próxima otra partícula normal - el protón.
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El texto de Esas maravillosas partículas - El positrón , por Pedro Gómez-Esteban, salvo donde se mencione explícitamente, está publicado bajo Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.
{ 33 } Comentarios
Sin tener que ver con el artículo, no sé si a los demás les pasa lo mismo, pero me aparece la barra de anuncios Google por la mitad del artículo, algo que me molesta mucho y me interrumpe la lectura. Me ha pasado con otro artículo anterior. No sé si se debe a un error o si es adrede. Espero que sea un error.
Michael,
No, no es un error, es adrede - pero no pensé que fuera molesta, lo siento. Ahora no tengo tiempo de quitarla de los artículos en los que está más que en éste (no me acuerdo de cuáles son, de modo que tendré que ir mirando todos los de los últimos tres o cuatro días), pero no la incluiré en ninguno más.
¡Gracias por el aviso! No hay como que te digan las cosas cuando estás probando formas de hacer las cosas. A partir de ahora, los anuncios de Google al final de los artículos, como antes.
enhorabuena por el articulo y el blog en general. todo es interesantisimo. es triste que lo ” raro ” sea la gente que leemos cosas como esta y que los que ven o leen futbol o prensa y television ” rosa ” sean los considerados “normales”.
estoy aprendiendo muchisimo de todas estas cuestiones que siempre me han interesado, y que explicadas así, con rigor y sencillez, aunque no profundicemos como lo haria un cientifico, nos permite a los legos en la materia asomarnos siquiera un poquito a algo tan espectacular como los avances en la ciencia y el conocimiento que se ha dado en los ultimos años. enhorabuena de nuevo, y espero seguir leyendoos muchos años. temas seguro que no van a faltar. si os interesa asomaros al mundo del arte (en el que yo me muevo ), podeis visitar mi blog ebartworks.blogspot.com . alli escribo sobre el lado mas subjetivo del ser humano: la cultura .( en su sentido antropologico ), pero no por ello menos importante.
pues no había caído en lo de la barra. Se pierde uno en la lectura. Interesante lo de la antiparticula, seria muy bueno si nos relatas un poco sobre como la descubrieron, si fue una deducción matemática o resultado de algún experimento o como, pues es difícil imaginarse lo del tiempo negativo. Muy interesante
Delirante, sencillamente delirante. No encuentro mejor adjetivo. No puedo esperar a la siguiente entrada; ya se me queman los frijoles (o se me cuecen la habas, seún en qué parte del mundo me lean, je, je, je).
(A mí no me molestaban los anuncios a la mitad, y confieso que si están al final, no los leo).
Un saludo.
Contesto a los tres comentarios uno detrás de otro:
david, gracias por los ánimos. Desgraciadamente (al menos en la sociedad que me rodea), si eres capaz de concentrarte durante el tiempo necesario para entender un texto así, interesarte por una partícula que, en principio, no tiene nada que ver contigo, y querer aprender cosas nuevas ….pues sí, somos raros (en el sentido de poco comunes). Y a mucha honra
Le diré a Geli (que no lee los comentarios normalmente) que se pase por tu página - el mundo del arte le va más a ella que a mí. De todos modos, la visitaré para echar un ojo
Nikolai, tu idea es muy buena - probablemente revise las dos entradas (electrón y positrón) y hable de cómo fueron descubiertas o deducidas la existencia de ambas partículas. A ver si tengo tiempo hoy o mañana.
Miguel, me alegro de que te haya gustado tanto. Respecto a la barra, muy probablemente la quite - es un dilema que tiene difícil solución (al final, los anuncios no se leen pero no molestan, al principio molestan pero se leen).
Había puesto la barra ahí porque se suponía que los lectores “fieles” no la verían: al hacer click en “Sigue leyendo” desde la página principal te lleva justo debajo de la barra (y no la ves), pero si eres un “externo” que viene a través de un enlace, sí la ves pues lees el artículo completo en su página…pero parece que no ha funcionado, porque los habituales también véis el artículo completo.
Eligiendo entre molestar a los lectores habituales o no, no hay mucha duda, de modo que fuera la barra. Puede que haga una pequeña encuesta a ver si hay más gente como Michael y Nikolai o como tú, veremos.
¡Gracias por todos los comentarios!
Al final, la solución por la que he optado es la siguiente (veremos cómo funciona):
Para que mi objetivo de que los lectores habituales no vean la barra de enlaces de google en el medio de los artículos pero, al mismo tiempo, se muestre a la gente que encuentra el artículo en google, voy a añadirla a los artículos alrededor de una semana después de escribirlos.
De esa manera, si lees El Tamiz regularmente no verás la barra (puede que alguna vez, si vas a un artículo antiguo), pero seguimos mostrándola a lectores ocasionales - sí, queremos ganar dinerito, aunque no sea mucho, si puede hacerse sin molestar a los “fieles”.
Como siempre, si alguien tiene algún comentario sobre el tema no dudéis en decírnoslo.
M.. Tu blog és d elo mejorcito. Pero tengo una preguntita. No acabo de comprender el que viajen atrás en el tiempo. Supongamos que un foton interaciona con la materia por el efecto compton i crea un electrón y un positron, el positron se aniquila al chocar con un electron i crea dos fotones mas. Debo entender que desde el punto de vista del postirón, este se crea de la unión de dos fotones i se aniquila al chocar con un electron creando un fotón¿? i Claro esto planea, ver la antimateria no es lo mismo que mriar al futuro? Espero que mi pregunta no sea demasiado complicada de responder. Gracias y muchas felicidades por tu blog!
Belerofot,
Gracias por el cumplido. “Ver la antimateria” no es lo mismo que mirar al futuro…lo que dice el artículo es que las ecuaciones que rigen a la antimateria son las mismas que las de la materia si supones (entre otras cosas) que la “flecha del tiempo” de éstas va al revés que la de la materia. Cuál es el “futuro” y el “pasado” depende de cómo quieras llamar a cada uno. Claro, como nosotros estamos hechos de materia, a nuestra “flecha” la llamamos “hacia el futuro”, pero es una cuestión arbitraria.
Espero que más o menos conteste a tu pregunta…
Mas madera! un encuesta…
A mi personalmente no me molesta esa publicidad. Comprendo que la web se ha de financiar de alguna manera. Ademas, cuando llego a la barra de publicidad, aprovecho para hacer un descanso, (que aveces se necesita), y miro a ver cuanto se acercan al tema los bots de google.
A mí personalmente no me molesta, y entiendo perfectamente que la gente la ponga. Estoy leyendo algo gratis total, y el que lo escribe tiene que realizar un esfuerzo. Si la manera de compensarlo es ver un par de anuncios, pues vale…
Pero tampoco quiero irritar a lectores fieles a los que les molesta mucho. Por ahora, creo que voy a seguir haciendo esto - poner la barra en medio del artículo a la semana de escribirlo, para que los googleros vean el anuncio y los fieles no.
Pero no descarto hacer una encuesta sobre ello - la verdad es que el CTR de la barra es mayor que la de los anuncios al final.
Pedro
Buen artículo. Pero me surge una duda, ¿Realmente la paridad y el tiempo invertido son reales o son una forma de expresar el comportamiento “simétrico” de estas partículas respecto al electrón? Puedo comprender el hecho de que el tiempo se pueda recorrer en dos direcciones ya que (si no estoy equivocado) es una dimensión mas que nosotros solo podemos percibir como algo lineal y progresivo…pero invertir la posición, ¿no sería salirse del universo?…. En fin, espero que esto se me haga un poco mas claro con los siguientes artículos, porque creo que estoy algo confundido… : ) pero me gusta sentir como mi cerebro le da a la vuelta a todo para intentar comprenderlo. Un saludo
BigfooTsp,
No lo sabemos. La única manera de saberlo sería experimentar el cambio, volver y contarlo… e invertir la posición no significa realmente “salirse del Universo”, simplemente verlo como en un espejo, pero una vez más, eso es lo que muestran las ecuaciones, no la experiencia de nadie, de modo que… no lo sabemos.
Me alegro de que estés disfrutando de la serie, pero ten cuidado no leas tantos artículos en un día que acabes con un “cacao mental” y se te empiecen a mezclar las cosas
Podrías comentar algo de la TEP? (tomografía por emisión de positrones). Tal y como lo cuentas parece que el positrón es una partícula “teórica” pero parece ser que se usa en la realidad. Si un cerebro positrónico es una bomba de relojería… no son los hospitales que usan esta prueba bombas de relojería también? (evidentemente no, pero por qué?)
Por cierto felicidades por el blog. Si tuviesemos profesores como tu…
Gabriel,
Me lo apunto, y en cuanto tenga un hueco en las series empezadas hablo del asunto. ¡Gracias por la sugerencia! Por cierto, sí que tenéis profesores como yo, porque soy profesor… aunque tal vez mis alumnos no estuvieran de acuerdo contigo
Excelente, no soy científico nato pero me he enterado perfectamente. Naturalmente la mente vá ahondando en el universo ¿hacia adelante? Se parece demasiado lo grande a lo pequeño.
Me a gustado mucho tu articulo. Se que no viene al caso, pero voy a proponer una cuestión. ¿Por que damos por echo que el universo es estable y cumple unas normas de equilibrio?. ¿Que contiene al universo? Segun esto a si mismo. Y para que exista positrones a devido haber una vida del electron en un tiempo finito, para que el positron exista y vuelva. Asi que si se unen pasan a otra dimensión. Es como una oscilación invertida por particulas, me lo imagino como dos pendulos que oscilan opuestamente y cuando pasan cerca dejan de existir. Maravilloso, terrible y misterioso universo. Gracias.
Uy! acabo de descubrir esta página debido a un trabajo escolar y me he picado más allá de lo que el trabajo ímplicaba… Me encanta el humor, la lectura se hace mucho más amena y se entienden las cosas que se intentan explicar. Seguiré leyendo tus artículos.
Yeeeha!
esto sonará estúpido, pero ¿por qué un espejo no puede ser otra dimensión en la que todo sea exacto, pero conectada a la nuestra por medio de un tunel de más dimensiones (5 o 6), en el cual todo está en ejes inversos(-x, -y, -z)?si, no sentiría el dedo de otro yó gracias al vidrio.
Según he entendido, aunque el positrón sea distinto del electrón, debido a que es tan perfectamente “simétrico” al electrón, en la experiencia cotidiana aparenteme un positrón es indistinguible de un electrón.
Entonces, si en la práctica no se puede distinguir un electrón de un positrón, ¿existe algún experimento que permita distinguir un electrón de un positrón? ¿Es posible dar con alguna situación en la que observemos que el positrón se comporte de forma distinta que un electrón?
Y de no ser así, entonces, ¿cómo sabemos que el positrón existe, si no se ha podido comprobar?
@ chamaeleo,
Correcto, has entendido bien.
En cualquier expeirmento realizado con electrones y positrones en el que esté involucrada la carga se observan dos comportamientos opuestos. Por ejemplo, ante el mismo campo eléctrico un positrón y un electrón salen disparados en sentidos contrarios. Al que sufre una fuerza a favor del campo lo llamamos “electrón” y decimos que tiene carga negativa, y al otro lo llamamos “positrón” y decimos que tiene carga positiva.
“Electrón” y “positrón”, igual que el signo de la carga, son nombres arbitrarios, pero es una propiedad de la Naturaleza que hay dos partículas que se comportan de modo opuesto respecto a la carga y algunas cosas más, e igual respecto a lo demás. La existencia de esas dos partículas es evidente, cuál es cuál es arbitrario. La propia pregunta “cuál es cuál” no tiene demasiado sentido.
Pedro, perdona mi estulticia, pero a ver si he comprendido:
1.- Cuando chocan dos fotones, vemos que éstos son reemplazados por dos partículas idénticas de carga opuesta: el electrón y el positrón. 2.- Cuando chocan un electrón y un positrón, vemos que éstos son reemplazados por dos fotones. 3.- Las ecuaciones matemáticas que rigen para el electrón son exactamente las mismas que para el positrón, pues se le cambia el signo a todo: carga y variables x,y,z,t. 4.- La interpretación que damos a tal ecuación para el positrón es que el tiempo transcurre en un sentido inverso que aquél al que estamos habituados (que es el sentido en que transcure para el electrón).
Entonces:
5.- ¿En nuestro futuro debería haber un “anti big bang”, en el que para nosotros todo colapsa y para los positrones todo empieza? (asumo que así como todo comienza en un instante de tiempo finito con el big bang, para adelante no existe un tiempo infinito) 6.- ¿Siempre los fotones se generan a partir de choques de electrones y positrones? ¿Así es cómo tenemos luz? 7.- Cuando un fotón choca con un electrón o con un positrón, ¿desaparece el fotón y aumenta la carga del electrón y del positrón? 8.- Por definición, si detectamos un electrón en el instante t, ¿existió un positrón en -t? ¿o es simplemente que las ecuaciones predicen que podríamos eventualmente hallar un positrón en una posición (-x, -y, -z, -t)? 9.- ¿Las variables x,y,z,t se definen en función de cada experimento o corresponden a una definción ya establecida y fija?
Muchas gracias, que tengas un buen día.
@ Furre,
Oye, de estulticia nada; son preguntas inteligentes. Eso sí, son muchas, las contesto cn plan ametralladora y si te hace falta más me lo dices:
1-4. Correcto.
5 - No lo sabemos, aunque tiene bastante sentido.
6 - No, hay muchas otras maneras de que se produzcan fotones.
7 - Desaparece el fotón, y la otra partícula gana energía cinética, no carga.
8 - No. Lo que quiere decir es que si haces que sea un positrón en vez de un electrón y sustituyes t por -t en las ecuaciones de movimiento, se cumplen. Es un electrón que se mueve “marcha atrás”. No es que haya dobles partículas.
9 - En función de cada experimento.
Vale, con la explicación que me acabas de dar, entiendo que un positrón y un electrón son la misma cosa, que lo llamaré “cosatrón” (ya, lo sé, no soy muy original.
Dependiendo de con qué perspectiva mires al “cosatrón”, lo verás en forma de electrón, o en forma de positrón. Positrón y electrón serían dos caras de la misma moneda.
Dicho mal y pronto: Sería la forma de observar lo que cambia, no el elemento observado.
Muchas gracias, Pedro!
Me gusta el articulo, realmente es muy interesante, lo busque para hacer una tarea pero realmente me intereso. Una pregunata; los positrones son artificiales?
@ Andyhh,
Existen en la naturaleza y también podemos producirlos nosotros, así que depende
Si para las antipartículas el tiempo es inverso que para las partículas 1¿Las partículas que son sus antipartículas (Bosón Z, fotón) no sentirían el tiempo? 2¿Si fuera así porqué el bosón Z decae?
xx32,
No — si miras una antipartícula hacia atrás en el tiempo (y cambias las otras paridades) se comporta igual que cuando el tiempo va hacia delante: es imposible saber cuándo lo ves “hacia atrás”, pero sí que cambia. Es “capicúa en el tiempo”, si esto te sirve
Si, y gracias.
¿Por molestar, cuándo hablarás de los taquiones, los inos y los s (compañeros supersimétricoS)
Hola Pedro. Aqui estoy, logre “alcanzarte” en la serie “conoce tus elementos”, así que decidi incursionar en esta de las “maravillosas particulas” … aunque para un lego en quimica y fisica como yo, no se como hare para que no se me entreveren los cables. Por suerte tenemos para ir mechando las entradas de “falacias”, “inventos ingeniosos” y “hablando de” … .la verdad lo tuyo es fenomenal !!!
en realidad este comentario era para reiterarte una solicitud realizada por Nikolai (hace mas de un año!!) y que tu contestaste:
“Nikolai, tu idea es muy buena - probablemente revise las dos entradas (electrón y positrón) y hable de cómo fueron descubiertas o deducidas la existencia de ambas partículas. A ver si tengo tiempo hoy o mañana.”
en fin, según me parece ello no aparece en las entradas y comparto la curiosidad por esos detalles (como nos habituaste en los elementos)
saludos
Gabriel,
Se me habia olvidado completamente… Tengo que ponerme las pilas. Si no lo hago dentro de un par de meses mejor me lo recuerdas otra vez, que ahora de vacaciones lo mismo no lo hago…
Gracias
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