2o ciclo ¿Qué es un electrón?

Bueno, no quisiera plantear equívocos al abrir este debate. La mayoría me conocéis y sabéis que mis conocimientos de física no son elementales, aunque no soy físico. Planteo este tema porque realmente el concepto de partícula elemental es algo que aunque no plantea demasiados misterios para mí no acabo de entender como los físicos llegan a concluir su existencia y sus propiedades, si es que lo concluyen de alguna forma, o es más bien consecuencia de un conocimiento empírico obtenido a través de los años de experimentos. Realmente el objetivo de este debate es analizar un poco el concepto de partícula elemental y como se alcanza su concepción desde el punto de vista teórico, aunque he elegido el electrón por ser la más común de ellas, o al menos la más conocida, porque la verdad es que he estudiado mucha electricidad, electromagnetismo, electrónica, y estoy tan familiarizado con el concepto de electrón que nunca llegaría a dudar de su existencia pero en honor a la verdad debo decir que nunca nadie me ha llegado a presentar una demostración fehaciente de su existencia y quisiera saber si con los conocimientos de hoy en día es posible demostrar fehacientemente que los electrones existen y como se concluye su existencia y sus propiedades.

Salu2, Jabato.

[Alriga]

Re: ¿Qué es un electrón?

La mejor respuesta de divulgación que conozco:

"¿Qué es un electrón? El electrón es una fluctuación localizada del campo cuántico electrónico (el campo de “electronicidad”). El vacío de este campo corresponde a la ausencia de electrones (un estado con cero electrones)"

Más información aquí: Qué es un electrón en teoría cuántica de campos

Saludos.

[visitante20160513]

Re: ¿Qué es un electrón?

Bueno, vamos progresando. Un electrón es una fluctuación de un cierto campo cuántico. Los campos cuánticos parecen fluctuar a saltos, y cada uno de esos saltos se correspondería con un electrón. Bien y ahora tratando de deshacer la madeja la que sigue es ¿qué es un campo cuántico? Porque imagino que habrá campos cuánticos y campos no cuánticos.

Salu2, Jabato.

[Alriga]

Re: ¿Qué es un electrón?

Los campos cuánticos de los fermiones, (como el electrón), se describen mediante la Ecuación de Dirac:

https://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Dirac

Saludos.

[visitante20160513]

Re: ¿Qué es un electrón?

La ecuación de Dirac establece los valores de una determinada función, que supongo será el valor del campo en cada punto del espacio. Bien pero ... ¿ese campo es medible? ¿obedece a una realidad física? ¿que tipo de realidad es? ¿coincide con alguna de las interacciones fundamentales? ¿es otra cosa?

Gracias por responder.
Salu2, Jabato.

[Taglia]

Re: ¿Qué es un electrón?

Es un elemento matematico con propiedades como carga, spin, etc...

[visitante20160513]

Re: ¿Qué es un electrón?

Podías ponerme un ejemplo sencillo, es solo para hacerme a una idea. No veo en qué forma un campo, es decir una función matemática dependiendo de las 4 magnitudes clásicas, coordenadas espaciales y tiempo, puede tener propiedades como espin, carga, etc. Parece como si esas propiedades fueran propiedades de los campos y no de las partículas, no acabo de entender la cosa.

Salu2, Jabato.

[carroza]

Re: ¿Qué es un electrón?

Hola.

Elemplo más cercano de campo es el campo electromagnético. El campo electromagnético, el clásico, sin cuantizar, tiene densidad de energía ($E^2 + B^2$), tiene densidad momento ($\vec E \times \vec B$), e incluso tiene momento angular intrínseco. En campo electromagnético dado por una onda plana, si tiene polarización circular positiva, tiene proyección del momento angular intrínseco +1, y si tiene polarización circular negativa, tiene proyección de momento angular intrínseco -1.

Cuando cuantizas el campo electromagnético, puedes describirlo en función de unas cosas llamadas fotones, que se comportan como partículas con su energia, su momento, y su espín 1.

Lo mismo pasa con el campo electrónico. Al cuantizarlo, lo puedes describir en términos de unas cosas llamadas electrones y unas cosas llamadas positrones, que se comportan como partículas con su energía, su momento, y espín 1/2.

Ah, y como el campo electrónico (el de electrones y positrones), se acopla con el campo electromagnético (el de los fotones), podemos decir que los electrones y positrones tienen carga.

Saludos

[Alriga]

Re: ¿Qué es un electrón?

Según el físico David Blanco Laserna, leído en su libro "El bosón de Higgs"

"Se han urdido toda clase de analogías para explicar al común de los mortales qué demonios es una partícula. Todas ellas encierran un innegable elemento de verdad y, al mismo tiempo, son absolutamente falsas. La culpa no la tienen las analogías, sino los hilos conceptuales que arman el modelo estándar: los campos cuánticos. Cuando los físicos hablan de partículas, como un electrón o un bosón de Higgs, en realidad se refieren a fenómenos que acontecen en el seno de los campos. Estas criaturas físico-matemáticas son hijas de la relatividad especial y de la mecánica cuántica y su naturaleza híbrida desafía cualquier poder de visualización"

Saludos.

[carroza]

Re: ¿Qué es un electrón?

"Se han urdido toda clase de analogías para explicar al común de los mortales qué demonios es una partícula. Todas ellas encierran un innegable elemento de verdad y, al mismo tiempo, son absolutamente falsas. La culpa no la tienen las analogías, sino los hilos conceptuales que arman el modelo estándar: los campos cuánticos. Cuando los físicos hablan de partículas, como un electrón o un bosón de Higgs, en realidad se refieren a fenómenos que acontecen en el seno de los campos. Estas criaturas físico-matemáticas son hijas de la relatividad especial y de la mecánica cuántica y su naturaleza híbrida desafía cualquier poder de visualización"

Hola. Con mis respetos a los divulgadores, pero las cosas no son tan complicadas como a veces nos las pintan.

Una ola es una onda (un campo), pero cuando te rompe encima y ye quita el bañador, es una cosa muy localizada y concreta. El sonido es una onda (un campo), pero lo que puede romperte tu timpano es una cosa muy localizada y concreta. Y un ejemplo a la inversa:

La gran mancha de júpiter http://danielmarin.naukas.com/files/...b-full_jpg.jpg parece una cosa localizada y concreta, pero realmente es una tormenta: Una estructura en un campo de velocidades y presiones que cubre toda la atmósmera de júpiter.

Bien pensado, lo que no tiene mucho sentido es esa idea, nada intuitiva, que nos transmiten en las primeras clases de física, de una partícula, como una cosa puntual, con masa, con carga, y con momento angular, y por tanto, con densidad de masa y de carga infinita, y con velocidad angular infinita.

Así que visualizar las partículas como estructuras en campos, no es nada dificil.

Saludos

[Julián]

Re: ¿Qué es un electrón?

Si se considera un campo electrónico de manera tal que una fluctuación de este está dado por una función de onda. Según el desarrollo de fourrier, toda función de onda es expresada por una sumatoria de funciones ortogonales es decir, $\dst {e}^{i (\hat{k}. \vec{r}-2 \pi f t)}$.

donde $k = \frac{2 \pi}{\lambda}$

Considerando la función armónica primera: ${e}^{j \hat{k}. \vec{r}-2 \pi f t} = {e}^{i \hat{k} \vec{r}}{e}^{- i2 \pi f t}$

Pues bien, dicha onda anterior no posee localización sino que toma valores en todo el espacio según: ${e}^{i \hat{k} \vec{r}}$ así como en el tiempo ${e}^{i 2 \pi f t}$

Ahora considerando una onda de posición puntual en un caso unidimensional, como lo es una delta de dirac:

$\delta (x) = 1$ si $x=0$
$\delta (x) = 0$ si $x\neq 0$

El desarrollo de fourrier es 1 para todo $\lambda$

Si consideramos una perturbación localizada en $(x-\tau , x+\tau)$,

Dicha perturbación está expresada por un cojunto de ondas, de manera tal que:

$X(\lambda) = Sinc (2 \pi \lambda \tau)$

De manera que mientras más localizado esté una perturbación de un campo, más componentes espectrales presenta. Si se observa bien, el lóbulo principal del seno complementario es $\tau$

¿estas componentes espectrales en TCC que implican para partículas femiónicas?

[visitante20160513]

Re: ¿Qué es un electrón?

Bueno, hasta ahora lo que voy entendiendo más o menos es lo siguiente:

1º).- Solo puede haber partículas allí donde hay campos cuánticos (porque todavía no se muy bien que es eso aunque ya lo he preguntado), porque las partículas se identifican básicamente con oscilaciones de dicho campos.
2º).- El apartado anterior parece condicionar el hecho de que que dichas oscilaciones sean discretas y no continuas, otra cosa que necesitaría confirmación.
3º).- ¿Es cierto que las propiedades de spin, carga o masa, y otras que no cito, son propiedades de los campos cuántico más que de las partículas?

¿Podéis explicarme por favor que es un campo cuántico?

Salu2, Jabato.

[alexpglez]

Re: ¿Qué es un electrón?

Yo, no puedo responderte mucho, quizá preguntando las preguntas adecuadas carroza o pod puedan explicarlo bien.
Quizá te interese este enlace de la wikipedia inglesa dónde se empieza a intuir la segunda cuantización. https://en.wikipedia.org/wiki/Canoni...:_field_theory

Sobre lo que enlazo de wikipedia, me gustaría preguntar, la simplificación que hace del hamiltoniano "inventando" (para mí que es la primera vez que lo veo "inventar" pudiera ser un buen término) nuevos operadores, para finalmente llegar a la fórmula E=sum_i n_i h f_i. ¿Qué quiere decir?

Quiero decir, el número de partículas n_i (es éste un número entero¿?) cómo se sabe que se corresponde con esos operadores nuevos, y qué son operaciones de destrucción y creación de partículas¿? O mejor dicho, si supiésemos que tenemos que llegar a E=sum_i h f_i, podríamos haber deducido lo que vale n_i de la fórmula de la densidad hamiltoniana anterior, pero una vez llegados a construir tales operadores para tal simplificación, ¿qué significa a' a= n_i y los operadores a' y a?
(Históricamente si podéis introducirme un poco por orden, quiero decir, basándonos en los campos clásicos, cómo vino la idea de la segunda cuantización¿?)
Por otra parte una interpretación mía, es que en la segunda cuantización se trata al campo como una suma de ondas sencillas que representan electrones con momentos y energías definidas, mientras que en la primera se trataba a la función de onda en sí como el electrón con estados no definidos. ¿Qué tal voy encaminado?

Sobre el spin, se que se llama así por el efecto clásico del giro como electrón como partícula, pero que un campo "gire" qué significa¿? Sé que en un contexto de ecuaciones le apareció a Dirac por casualidad al formular su ecuación, pero fuera de ello no entiendo que tiene que ver con que la partícula gire, ni entiendo qué significan esas dos componentes del spin y "el giro"¿? Recuerdo además que el libro de Goldstein hablaba de la descripción de rotaciones clásicas a partir de las matrices de pauli, esto tiene algo que ver¿?, cómo da pauli con sus matrices¿?

Sobre la carga, no sé si fuiste tú Jabato quien me respondió hace tiempo, que Schrodinger pensaba que la carga del electrón se distribuía como onda. Bien, acabo de ver una analogía con la densidad de carga en un electrón o su campo cuántico, p=x' q x; (dónde p densidad x' y x la función de onda y su conjugada y q la carga), que recordando por ejemplo como se describe la densidad de una partícula con la delta de dirac, p=q d(x-x_0), es análogo d(x-x_0) y x' x, ambos representan la densidad de probabilidad. Históricamente de ahí vino la deducción de p= x' q x¿? a parte de que fuese compatible con la ecuación de continuidad de la mecánica cuántica¿?

Podemos entonces hacer un paralelismo con la densidad (de masa) p=x' m x. ¿??

Otra duda, la mecánica cuántica dice que \int x' O x dV= O media, pero ahora desde un punto de vista de un campo, si tienes una densidad hamiltoniana, de integrar obtienes una hamiltoniana, energía, no una hamiltoniana media. O cómo se re-interpreta en este sentido esta idea que tuvo Born de la probabilidad¿?

Y bueno comentar que carroza, puede parecer sencillo y más lógico así para alguien que ya haya visto al menos algo desde un punto de vista matemático. Tu explicación está bien, da una idea general pero es muy breve, además creo que si intentases profundizar, para el públlico general se escandalizaría en las ideas sobre los que está fundada esta idea, me refiero a los postulados de la mecánica cuántica y relatividad especial que tanto chocan al principio. (Yo recuerdo estar varios días dando vueltas al misterio de la doble rendia desde un punto de vista clásico, hasta que me rendí). Con esto quiero decir, depende del público es fácil divulgarlo o no.

Saludos

[carroza]

Re: ¿Qué es un electrón?

¿Podéis explicarme por favor que es un campo cuántico?

Un campo (clásico o cuántico) es una magnitud que varía en el espacio y en el tiempo (por ejemplo, una ola). Viene dado por una función $\phi(x,t)$. Su comportamiento viene determinado por una densidad lagrangiana, $\cal L$, que depende de los campos $\phi(x,t)$ y de sus derivadas $\dot \phi(x,t)$. El campo $\phi(x,t)$ tiene un momento asociado, que es otro campo [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] .

Por ejemplo, si el campo $\phi(x,t)$ es la altura de la ola, el momento asociado $\pi(x,t)$ es la velocidad de subida de la superficie de la ola por la densidad.

Si el campo es clásico, $\phi(x,t)$ y $\pi(x,t)$ conmutan. Eso hace que el campo puede adquirir y ceder energia en cantidades arbitrariamente pequeñas.

Si el campo es cuántico, entonces $\phi(x,t)$ y $\pi(x,t)$ no conmutan (como X y P en mecánica cuántica). Esto hace que el campo pueda emitir y absorber energía en paquetes. Estos paquetes reciben el nombre de fotones (para el campo electromagnético), fonones (para los campos de vibración de una red), o electrones y positrones (para el campo electónico).

Saludos

[visitante20160513]

Re: ¿Qué es un electrón?

Oye carroza, se me escapan muchas cosas de tu explicación, probablemente por culpa mía, ¿conoces algún enlace en internet en el que pudiera ampliar un poco mis conocimientos sobre esta cuestión? me refiero a los campos cuánticos, sus lagrangianos y su interpretación física.

Gracias. Jabato.