Divulgación Interacción del fotón

[Davalillo]

¡Hola amigos!

Tengo una duda que aparentemente es simple: ¿por qué interacciona el fotón con la materia?

Si tiene las mismas propiedades, creo, que el neutrino: sin masa, sin carga y viajan a la misma velocidad y este no interacciona, ¿qué hace que el fotón sí?

Un saludo y muchas gracias.

[Alriga]

Re: Interacción del fotón

No solo el fotón y el neutrino no tienen las mismas propiedades, sino que las tienen muy distintas. El fotón tiene spin 1 y es por lo tanto un bosón, mientras que el neutrino tiene spin 1/2 y es por lo tanto un fermión. Esa diferencia es fundamental. El fotón es el boson portador de la interacción electromagnética mientras que el neutrino solo "siente" la fuerza nuclear débil.

Por otro lado, no es cierto que los neutrinos vayan a la velocidad de la luz: los neutrinos tienen masa en reposo y los fotones no, otra diferencia fundamental. El descubrimiento de que los neutrinos tienen masa y no van a la velocidad de la luz, sino a velocidad inferior, recibió el Premio Nobel de Física en 2015.

Y mientras que solo hay un único fotón, no hay un solo neutrino sino 3: el neutrino electrónico, el neutrino muónico y el neutrino tau.

Saludos.

[pod]

Re: Interacción del fotón

Además de que, como dice Alriga, las propiedades de ambas partículas son muy diferentes, tampoco es cierto que el neutrino "no interaccione" con la materia. Si no lo hiciera, no lo podríamos detectar.

Lo que si que es cierto es que interactúa con una probabilidad muy muy baja, por lo que -por ejemplo- la mayoría de los neutrinos que provienen del sol atraviesan la Tierra sin interaccionar con ella. Pero una pequeña fracción (la suficiente como para detectarlos) sí lo hace. No es lo mismo que no interaccionar.

Cada posible resultado de una interacción entre partículas (incluyendo el posible resultado de "no interacción") tiene una cierta probabilidad. Si esa probabilidad es alta o baja depende de una serie de factores: por ejemplo, cual de las interacciones fundamentales es la que gobierna el proceso, si el proceso implica la variación de números cuánticos, etc. De las tres interacciones fundamentales de las que tenemos una teoría cuántica satisfactoria, los neutrinos sólo pueden participar de la interacción nuclear débil (en primera aproximación), que como su nombre indica es la más débil de las tres. Por su parte, los fotones interaccionan (con partículas con carga) a través de la interacción electromagnética, que es inherentemente mucho más probable que la débil.

[Davalillo]

Re: Interacción del fotón

Sí, te entiendo pero sigo con la duda de por qué interactúa con la materia si no tiene carga.

Si bajas la persiana de la habitación no entre nada de luz y eso que impactarán miles de millones de fotones.

¿impactan con los electrones porque se los encuentran en su trayectoria y como hay tantos electrones siempre impacta un fotón con algún electrón? por lo tanto para no interactuar no tendría que encontrarse en su camino ningún electrón.

Si es así, entiendo que los fotones no atraviesan la materia por la densidad de esta.

Gracias.

[carroza]

Re: Interacción del fotón

Sí, te entiendo pero sigo con la duda de por qué interactúa con la materia si no tiene carga.

Si bajas la persiana de la habitación no entre nada de luz y eso que impactarán miles de millones de fotones.

¿impactan con los electrones porque se los encuentran en su trayectoria y como hay tantos electrones siempre impacta un fotón con algún electrón? por lo tanto para no interactuar no tendría que encontrarse en su camino ningún electrón.

Si es así, entiendo que los fotones no atraviesan la materia por la densidad de esta.

Gracias.

Hola. Creo que es importante tener claro el concepto de qué es "interactuar". Para ello, es mejor que no usemos la idea de fotones y electrones, y que nos ciñamos al mundo clásico: campos electromagnéticos, y distribuciones de cargas y corrientes.

¿La luz interacciona, aunque la luz no tiene carga? Es claro que sí. Las ecuaciones de Maxwell te dicen cómo la luz (campos electromagnéticos), afectan a las distribuciones de carga, y viceversa.

Pues lo mismo los fotones, que al fin y al cabo son luz.


Saludos

[pod]

Re: Interacción del fotón

Sí, te entiendo pero sigo con la duda de por qué interactúa con la materia si no tiene carga.

Si bajas la persiana de la habitación no entre nada de luz y eso que impactarán miles de millones de fotones.

¿impactan con los electrones porque se los encuentran en su trayectoria y como hay tantos electrones siempre impacta un fotón con algún electrón? por lo tanto para no interactuar no tendría que encontrarse en su camino ningún electrón.

Si es así, entiendo que los fotones no atraviesan la materia por la densidad de esta.

Gracias.

El agua es más densa que la madera de la que están hechas la mayoría de las puertas (por eso la madera flota), y sin embargo la luz puede pasar perfectamente a través de las peceras, por ejemplo. Por otra parte, las ondas de radio (que son luz, de otro rango pero luz) pueden atravesar paredes no muy gruesas que la luz visible no puede. Supongo que ya te haces a la idea que calcular el poder de penetración de un haz de partículas no es sencillo, depende de la energía que tenga la partícula y de las características del material. Quizá, como dice carroza, sea más fácil entenderlo clásicamente.

Sin embargo, creo que sí merece la pena dedicar un momento a la pregunta que has hecho "¿por qué interaccionan [los fotones] si no tienen carga?". En realidad, dos partículas no tienen por qué tener carga para interactuar. De hecho, la regla más o menos básica es que todas las interacciones son posibles si no hay una ley fundamental que las prohíba. Otra cosa es que la probabilidad sea muy baja, pero es posible si no está prohibida. Algunas de las leyes que restringen que interacciones son realmente fundamentales y conocidas: por ejemplo, la conservación de la energía, de la carga, etc. Quiere decir que las partículas que entran en una interacción tienen que sumar la misma energía, carga, etc que las partículas que salen. Otras leyes son mucho más abstractas, por ejemplo las simetrías gauge. No voy a entrar más en detalle con ello, pero puedes buscar información sobre el modelo estándar de partículas para entender cómo se puede saber qué partículas pueden interaccionar directamente entre si.