Divulgación Fotones atravesándose

[Elektro]

Buenas.

Hoy he leído en PhysicsWorld que se ha conseguido crear moléculas de luz.
http://physicsworld.com/cws/article/...cules-of-light (Por si a alguien le interesa)

Dentro de este artículo me ha llamado la atención el hecho de que la mayoría de las veces los fotones se atraviesan sin interaccionar el uno con el otro. "[FONT=arial]Getting photons to stick together is not easy because they normally pass through each other without interacting."

No me cabe en la cabeza como es posible que eso ocurra. Alguien podría explicarme a qué es debido que no haya interacción entre ellos incluso si coinciden en el mismo punto?

Gracias.


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[abuelillo]

Re: Fotones atravesándose

[FONT=arial]
No me cabe en la cabeza como es posible que eso ocurra. Alguien podría explicarme a qué es debido que no haya interacción entre ellos incluso si coinciden en el mismo punto?
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[FONT=arial]
[/FONT]Porque los fotones (por lo menos en la forma que conceptualmente te los imaginas) no existen.
Los fotones son radiaccion electromagnetica y la radiaccion electromagnetica puede tener mas o menos intensidad, asi que necesariamente tienen que poder sumarse, y haber mas o menos radiaccion en un solo punto. En resumen esta radiacion pueden interferir constructivamente o destructivamente como cualquier onda. Puedes "cruzar" la luz de dos linternas y se atraviesan e iluminan sin ningun problema, y en la zona de cruce hay mas intensidad de luz.
Si quieres ver los fotones como particulas, no son fermiones, por lo tanto el principio de exclusion de pauli no es aplicable en ellos, asi que puede haber infinitos en un solo punto (o mas bien en una zona muy pequeña) sin ningun problema (bueno no tantos ya que con tanta energia en un solo punto se generaria un agujero negro o pares particula-antiparticula, pero puede haber mucho muchos ...)

[pod]

Re: Fotones atravesándose

Ten en cuenta que estás en el mundo cuántico. Aquí todo va gobernado por probabilidades. Incluso no es posible definir una posición concreta de las partículas puntuales, lo único que tenemos es una distribución de probabilidad que nos dice cuán factible es encontrar la partícula en cada punto. Así que, de hecho, no tiene sentido decir que dos partículas coinciden en un mismo punto.

Por otra parte, incluso cuando las zonas de alta probabilidad de encontrar dos partículas estén muy próxima (o incluso se solapen en gran medida), la probabilidad de interacción nunca es el 100%. Luego, la probabilidad puede ser más alta o más baja dependiendo de muchas cosas. Por ejemplo, depende del tipo de interacción, dos partículas que interaccionan mediante las interacciones nucleares tienen una probabilidad muy alta de interaccionar; mientras que las partículas que interaccionan electromagnéticamente lo hacen con menor probabilidad.

De forma muy resumida, cada partícula tiene una serie de interacciones posibles con otras partículas (lo cual viene descrito matemáticamente por el lagrangiano). Esas interacciones se agrupan en lo que solemos llamar las cuatro fuerzas de la naturaleza: electromagnética, fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil y gravedad (aunque de esta última no tenemos todavía una teoría cuántica satisfactoria).

Los fotones intervienen en la interacción electromagnética (además de la gravitatoria, cuando tengamos una teoría cuántica). De hecho, precisamente los fotones son los grandes protagonistas de la interacción electromagnética, ya que son las partículas portadoras. Cada interacción tiene sus partículas portadoras: las de la fuerza nuclear fuerte se llaman gravitones, las de la débil se llaman W y Z. Si algún día se consigue cuantizar la gravedad, y tiene un esquema similar al resto, las partículas portadoras se llamarían gravitones.

Cada una de las tres interacciones que podemos describir cuánticamente viene gobernada por un grupo gauge. En tu perfil dice que estás en primer ciclo de Física, probablemente habrás estudiado lo que es un grupo en alguna asignatura de álgebra. Básicamente, un grupo es un conjunto de transformaciones que podemos aplicar a la partícula. Luego, al aplicar esa transformación, pueden pasar dos cosas: que la partícula cambie o que no cambie. Si cambia, decimos que está "cargada" con respecto a ese grupo. De esta forma, como tenemos tres grupos (uno para cada cual una de las tres interacciones que conocemos a nivel cuántico), cada partícula puede poseer hasta tres tipos de carga. En la interacción eléctrica, esa carga es la carga eléctrica de toda la vida. En la interacción nuclear fuerte la carga recibe el nombre de "color" (no significa que puedas pintar una partícula, sólo es un nombre divertido que le pusieron unos físicos cachondos), mientras que la interacción nucelar débil tiene carga de color (tampoco puedas chupar la partícula).

Resulta que hay una ley Física que dice que la realidad no debe cambiar ni un ápice bajo una transformación gauge. Pero hemos dicho que las partóculas que tienen carga respecto de un grupo gauge sí que cambian. Para compensar ese cambio, resulta que la única forma es que exista una interacción directa entre las partículas portadoras y las partículas con carga. Es decir, las partículas que tienen carga eléctrica deben interactuar de forma directa con los fotones. Las partículas con carga de color deben interactuar con los gluones. Y etcétera.

En resumidas cuentas, los fotones interactúan directamente con las partículas que tienen carga eléctrica. Pues bien, resulta que los fotones no tienen carga eléctrica. Eso quiere decir que los fotones no interactúan entre si directamente.

La única forma en que pueden interactuar los fotones es indirectamente. El método más sencillo es el siguiente: uno de los fotones se desintegra en un par de partículas cargadas (normalmente, un par electrón-positrón, ya que son las partículas cargadas más ligeras). En realidad, esto no puede pasar de forma permanente, ya que dos partículas sin masa no pueden convertirse en dos partículas con masa (esto se demuestra a partir de las leyes de conservación de la energía y del momento; resulta que es posible que se cumpla una de esas dos leyes, pero no es posible las dos a la vez). No obstante, el principio de incertidumbre permite que se "haga realidad lo imposible" siempre que sea temporal (y dure muy poco tiempo).

Luego, el electrón (o el positrón, da igual) absorbe el segundo fotón. Después, todo el proceso se repite a la inversa: primero se emite un fotón, y luego el par electrón-positrón se desitengra emitiendo otro fotón. Quizá sea más fácil verlo con un dibujo:

Las líneas onduladas son los fotones. Las líneas sólidas son las partículas con carga (electrón-positrón).

Fíjate que si miramos el proceso desde lejos, no sabremos jamás que hubo unas partículas cargadas (por eso estas partículas internas a la interacción se llaman virutales). Lo único que veremos es que los fotones han cambiado su energía y momento. Es como si hubieran interaccionado, pero en realidad lo han hecho de forma indirecta.

Esta interacción es muy poco probable, ya que requiere: (1) la creación temporal de partículas con masa, lo cual es poco probable si la energía de los fotones es relativamente pequeña; y (2) el diagrama tiene cuatro vértices (puntos en que tres o más segmentos de línea se unen). Resulta que cada vértice reduce la probabilidad en un factor aproximadamente 1/137. Si tenemos cuatro vértices, la probabilidad de esta interacción estará atenuada por un factor $(1/137)^4 = 1/ 352\,275\,361$. Evidentemente, será un proceso muy poco probable en condiciones normales.

Lo que afirman los Físicos de Harvard y el MIT es que han conseguido preparar un medio en el cual son posibles otros diagramas que arrojan una probabilidad lo suficientemente significativa como para formar estados ligados.

[Elektro]

Re: Fotones atravesándose

Muchas gracias por las respuestas.

Lo entiendo mejor ahora.

No obstante, me gustaría añadir una pregunta más. Me cuesta entender como convergen el fotón y la onda electromagnética, teniendo en cuenta que son la misma cosa. Es decir, los fotones recorren distancias enormes, a diferencia de las otras dos partículas portadoras, que actúan a distancias mucho más reducidas. Según entiendo, una onda electromagnética actúa de forma que va en todas direcciones, impregna todo el espacio. Ilustraré mi duda con un ejemplo, ya que me resulta más fácil. Si el Sol emite un fotón o una onda electromagnética, ésta se distribuirá por todo el espacio, distribuyendo también su energía. Cómo, al llegar a la Tierra e impactar con un átomo, el fotón da toda la energía inicial emitida al objeto con el que interactúa?

[Elektro]

Re: Fotones atravesándose

Pero si eso es así, la probabilidad de que esté en la Tierra sería de... 10^-20? Imagino que me equivoco, pero me gustaría saber que no veo o no entiendo.

[abuelillo]

Re: Fotones atravesándose

No obstante, me gustaría añadir una pregunta más. Me cuesta entender como convergen el fotón y la onda electromagnética, teniendo en cuenta que son la misma cosa. Es decir, los fotones recorren distancias enormes, a diferencia de las otras dos partículas portadoras, que actúan a distancias mucho más reducidas. Según entiendo, una onda electromagnética actúa de forma que va en todas direcciones, impregna todo el espacio. Ilustraré mi duda con un ejemplo, ya que me resulta más fácil. Si el Sol emite un fotón o una onda electromagnética, ésta se distribuirá por todo el espacio, distribuyendo también su energía. Cómo, al llegar a la Tierra e impactar con un átomo, el fotón da toda la energía inicial emitida al objeto con el que interactúa?

Creo que eso sigue siendo un misterio para la fisica.
El foton no distribuye su energia por el espacio, lo que se distribuye por el espacio es su probabilidad de interactuar, la probabilidad de que esa energia se manifieste o se transfiera a otro campo en cierto punto del espacio (que a saber que significado fisico tiene eso).
O si queremos verlo desde otro punto de vista, el campo electromagnetico esta una superposicion de un monton de estados distintos, todas las posibles configuraciones del campo electromagnetico estan ahi de alguna forma en una realidad o irrealidad (segun como se mire) no fisica, y cada configuracion posible del campo tiene una probabilidad de tomar realidad fisica cuando nos decidimos a medir algo.

Pero si eso es así, la probabilidad de que esté en la Tierra sería de... 10^-20? Imagino que me equivoco, pero me gustaría saber que no veo o no entiendo.

La probabilidad de que un foton emitido por el sol interactue con la tierra, es bajisima, puede acabar en la tierra, o en marte o en alfa centauri, o al otro lado del universo, pero eso no importa, el sol emite muchos fotones, suficientes para que un monton acaben en la tierra.

[Elektro]

Re: Fotones atravesándose

No le veo verosimilitud... Tiene que haber algo que no se entienda correctamente, no? Además, no debería ser lo más importante saber si lo que dices realmente ocurre de la manera de la que lo dices? Es decir, como es posible que en física saques una teoría y no sepas si tiene significado físico.

Por cierto, en el momento en el que se produce la interacción, si eso fuera así, no se superaría por mucho la velocidad de la luz?

PD: Si el problema es que no lo estoy enfocando bien me gustaría que me corrigierais.

[pod]

Re: Fotones atravesándose

Me cuesta entender como convergen el fotón y la onda electromagnética, teniendo en cuenta que son la misma cosa.

Yo no pienso que debas asimilar un fotón a una onda electromagnética. Obviamente son fenómenos íntimamente relacionados, pero no son equivalentes ni mucho menos.

La idea intuitiva (aunque, como casi siempre, hay muchos matices) es que una onda electromagnética comprende el comportamiento colectivo de una cantidad ingente de fotones. Para hacerte una idea, calcula más o menos cuánta energía tiene un fotón de luz visible y compáralo con la potencia lumínica de una bombilla. Verás que corresponde a 10 elevado a muchos fotones por segundo. Hemos dicho que, en cuántica, todo lo que puede pasar tiene cierta probabilidad de que pase. Como hay tantísimos fotones, a cada uno le pasará una cosa distinta, pero todos ellos seguirán la misma distribución de probabilidad. Así que, al final, el comportamiento colectivo será una representación bastante fiel de la distribución de probabilidad (esto es lo que pasa, básicamente, en el experimento de Young).

Es decir, los fotones recorren distancias enormes, a diferencia de las otras dos partículas portadoras, que actúan a distancias mucho más reducidas.

¿Aquí te refieres a los fotones reales o a los virtuales? Recuerda que la diferencia entre virtual y real es que los primeros son líneas internas a una interacción, viven un tiempo finito y son indetectables (precisamente porque hay que estar dentro de la interacción para verlos, ya que son líneas internas). Estos fotones virtuales son, por decirlo así, los responsables de las fuerzas electromagnéticas (de los intercambios de energía y momento entre cargas). Pero no pueden formar parte de una onda.

Por otra parte, los fotones "reales" (el nombre no tiene nada de monárquico, sólo se utiliza para diferenciarlos de los fotones virtuales que sólo aparecen internamente) son las líneas que tienen uno de sus extremos fuera de la interacción. Por lo tanto, pueden ser detectados. Estos son los que pueden formar parte de ondas electromagnéticas, y por lo tanto son los que nos interesan. Resulta que de todas las partículas portadoras (del gravitón no hablo ya que no tenemos una teoría cuántica de la gravedad) son las únicas que pueden existir de forma aislada y, además, son estables. Por lo tanto, un fotón real puede esencialmente ser eterno. Vive hasta que "choca" contra algo e interacciona con ello.

En definitiva, los fotones (que forman parte de ondas electromagnéticas) pueden recorrer la distancia que quieran porque son partículas estables, esencialmente inmortales.

Según entiendo, una onda electromagnética actúa de forma que va en todas direcciones, impregna todo el espacio.

No necesariamente. Si has tenido alguna vez un láser en tus manos, habrás visto que el haz lumínico está muy concentrado (colimado, que dicen los de óptica). La luz, una vez creada, se propaga en línea recta.

Lo que pasa es que la mayoría de mecanismos de generación de luz generan luz en todas direcciones. Por ejemplo, los fotones del sol que recibimos son emitidos desde toda la superfície del sol, y la dirección en que salen es aleatoria. Como hay tantísimos átomos en la fotosfera del sol emitiendo fotones, cada cual lo hace en una dirección diferente. Al final, parece que hay la misma cantidad de fotones en todas dimensiones (i.e, la misma onda electromagnética).

Ilustraré mi duda con un ejemplo, ya que me resulta más fácil. Si el Sol emite un fotón o una onda electromagnética, ésta se distribuirá por todo el espacio, distribuyendo también su energía. Cómo, al llegar a la Tierra e impactar con un átomo, el fotón da toda la energía inicial emitida al objeto con el que interactúa?

Esto es, simplemente, un prejuicio. A nosotros los seres humanos, que estamos acostumbrados a vivir en un mundo clásico, nos cuesta imaginarnos estas cosas porque están lejos de nuestra experiencia. No obstante, no iría tan lejos como abuelillo como afirmar que no está comprendido por la comunidad científica. Otra cosa es que es difícil explicarlo a nivel divulgativo, precisamente porque es muy diferente a nuestra experiencia.

Uno de esos prejuicios es que nos hemos acostumbrado tanto a hablar de la energía que nos pensamos que es un ente físico. Como si tuviera substancia y una posición en el espacio. Pero esto no es así, la energía es una propiedad que nosotros asignamos a un sistema y que nos es útil para explicar la realidad a nuestra manera. Pero no es más que eso, un concepto inventado por los humanos.

La energía no está en ningún sitio, es una propiedad de la partícula. La partícula puede estar muy deslocalizada (es decir, puede que la probabilidad de encontrar la partícula sea mayor que cero en una región muy amplia del espacio). Pero, no obstante, la energía sigue siendo una propiedad de esa partícula, y sólo de esa partícula. Si esa partícula participa en una interacción, lo hace como una única unidad. Porque si participara sólo una parte de ella, entonces no sería una partícula sino una agregación de otra partículas.

[abuelillo]

Re: Fotones atravesándose

No le veo verosimilitud... Tiene que haber algo que no se entienda correctamente, no? Además, no debería ser lo más importante saber si lo que dices realmente ocurre de la manera de la que lo dices? Es decir, como es posible que en física saques una teoría y no sepas si tiene significado físico.

Porque las ecuaciones que se usan describen terminos y comportamientos que no se pueden observar fisicamente, ademas algunos conceptos y postulados de la mecanica cuantica no estan bien definidos. Esto hace que la distincion de lo que es real y lo que no, no este clara. Si coges a un fisico especialista en optica, a uno en fisica de particulas y a un fisico teorico, es probable que tengan conceptos diferentes de lo que entienden por foton, todos usan las mismas matematicas, pero se pueden interpretan de distintas formas.

Por cierto, en el momento en el que se produce la interacción, si eso fuera así, no se superaría por mucho la velocidad de la luz?

Cuando dije que el foton puede detectarse en cualquier lado, no me referia a que se pueda "teletransportar" instantaneamente a cualquier sitio, sino que no es predecible
donde se va a producir la interaccion con la radiaccion elecromagnetica, un foton (esperando el tiempo de viaje suficiente) puede ir a parar a marte o a la tierra.
Como dice pod sí se pueden dirigir rayos de fotones, pero la creacion de fotones dentro del laser se sigue produciendo en todas direcciones, lo que se hace es descartar/reasorber la radiacion que se emite en la direccion que no interesa.

Otra cosa es que es difícil explicarlo a nivel divulgativo, precisamente porque es muy diferente a nuestra experiencia.
La energía no está en ningún sitio, es una propiedad de la partícula. La partícula puede estar muy deslocalizada (es decir, puede que la probabilidad de encontrar la partícula sea mayor que cero en una región muy amplia del espacio). Pero, no obstante, la energía sigue siendo una propiedad de esa partícula, y sólo de esa partícula. Si esa partícula participa en una interacción, lo hace como una única unidad. Porque si participara sólo una parte de ella, entonces no sería una partícula sino una agregación de otra partículas.

Otro problema adicional para explicar este tipo de cosas, es que los fisicos normalmente dais un significado muy diferente o mucho mas amplio a muchas palabras.
Por ejemplo el concepto de particula de un fisico no tiene nada que ver con el concepto "comun" de una particula. Los fisicos llamais particula a algo que esta muy deslocalizado, y esto en terminos de legos parece un sinsentido, tendria mas sentido si tuviese otro nombre; porque es que un foton no tiene ninguna propiedad compatible con una particula salvo cuando se produce una interaccion entre el campo electromagnetico y otro campo.
Solo en el momento de una interaccion surgen o se crean propiedades compatibles con una particula. Una particula foton solo existe justo en el instante de su creacion o destruccion, representaría solamente un intercambio localizado de energia y momento entre dos campos.
Cuando no hay interaccion los fotones no son particulas, y hasta hay quien duda que sean algo cuando no se produce ninguna interacion.

[Elektro]

Re: Fotones atravesándose

¿Aquí te refieres a los fotones reales o a los virtuales? Recuerda que la diferencia entre virtual y real es que los primeros son líneas internas a una interacción, viven un tiempo finito y son indetectables (precisamente porque hay que estar dentro de la interacción para verlos, ya que son líneas internas). Estos fotones virtuales son, por decirlo así, los responsables de las fuerzas electromagnéticas (de los intercambios de energía y momento entre cargas). Pero no pueden formar parte de una onda.

Me refería a los fotones reales.

No necesariamente. Si has tenido alguna vez un láser en tus manos, habrás visto que el haz lumínico está muy concentrado (colimado, que dicen los de óptica). La luz, una vez creada, se propaga en línea recta.

Lo que pasa es que la mayoría de mecanismos de generación de luz generan luz en todas direcciones. Por ejemplo, los fotones del sol que recibimos son emitidos desde toda la superfície del sol, y la dirección en que salen es aleatoria. Como hay tantísimos átomos en la fotosfera del sol emitiendo fotones, cada cual lo hace en una dirección diferente. Al final, parece que hay la misma cantidad de fotones en todas dimensiones (i.e, la misma onda electromagnética).

Es decir, que se propagan en línea recta, pero a la vez teniendo una distribución de probabilidad?

[carroza]

Re: Fotones atravesándose

Hola. Mi granito de arena a esta discusión.

La historia de la mecánica cuántica, y la manera en la que esta se explica y divulga, hace que se le de mucha importancia a conceptos clásicos como "partícula" y "onda".
Parece que para entender la cuántica, uno tiene que asimilar una idea nebulosa llamada "dualidad onda-partícula". En este contexto, cuando hablamos de la luz, parece que hay dos conceptos, "fotón" y "onda electromagnética (clásica)", que uno tiene que conciliar.

Para mi, este no es el enfoque correcto. Todos los fenómenos del electromagnetismo, incluidos la luz, se describen de forma bellísima y totalmente precisa mediante una teoría que se llama Electrodinámica Cuántica. En esta teoría, el actor fundamental es el Campo Electromagnético. Esto es lo único que hay: Campo electromagnético.
El campo electromagnético es un campo (es decir, no está localizado, y no se puede describir como un conjunto de cosas puntuales) y es cuántico (es decir, que está descrito por operadores que no conmutan, a diferencia de las ondas electromagnéticas clásicas).

¿De donde salen entonces los "fotones" y las "ondas electromagnéticas (clásicas)"?

Los "fotones" aparecen como un cierto desarrollo de fourier del campo electromagnético, y son útiles para describir un desarrollo perturbativo de los procesos electromagnéticos, en los que podemos aproximar el efecto del Campo Electromagnético separando contribuciones de uno, dos o varios fotones. O sea, son una aproximación válida cuando el campo electromagnético es, en cierto sentido, débil.


Las "ondas electromagnéticas (clásicas)" aparecen como una aproximación al campo electromagnético válida cuando una descripción en términos de fotones requeriría un gran número de éstos. En este caso, podemos ignorar el carácter cuántico del campo electromagnético, y podríamos aproximar las ecuaciones de la Electrodinámica Cuántica por ecuaciones clásicas que son las ecuaciones de Maxwell. Así que las ondas electromagnéticas (Clásicas) son una aproximación al campo electromagnético, cuando este es, en cierto sentido, fuerte.


Saludos

[reti]

Re: Fotones atravesándose

Pues no.

Algunas cosas de lo que estais afirmando no estan de acuerdo con lo que se considera actualmente como cierto:

....Para mi, este no es el enfoque correcto. Todos los fenómenos del electromagnetismo, incluidos la luz, se describen de forma bellísima y totalmente precisa mediante una teoría que se llama Electrodinámica Cuántica. En esta teoría, el actor fundamental es el Campo Electromagnético. Esto es lo único que hay: Campo electromagnético.
El campo electromagnético es un campo (es decir, no está localizado, y no se puede describir como un conjunto de cosas puntuales) y es cuántico (es decir, que está descrito por operadores que no conmutan, a diferencia de las ondas electromagnéticas clásicas).
....

No solo hay campo electromagnético, también hay masa, y por eso el nombre que recibe la teoria es "electrodinámica cuántica", con la palabra "dinámica" para indicar que también hay inercia.

....Otro problema adicional para explicar este tipo de cosas, es que los fisicos normalmente dais un significado muy diferente o mucho mas amplio a muchas palabras.
Por ejemplo el concepto de particula de un fisico no tiene nada que ver con el concepto "comun" de una particula. Los fisicos llamais particula a algo que esta muy deslocalizado, y esto en terminos de legos parece un sinsentido, tendria mas sentido si tuviese otro nombre; porque es que un foton no tiene ninguna propiedad compatible con una particula salvo cuando se produce una interaccion entre el campo electromagnetico y otro campo.
Solo en el momento de una interaccion surgen o se crean propiedades compatibles con una particula. Una particula foton solo existe justo en el instante de su creacion o destruccion, representaría solamente un intercambio localizado de energia y momento entre dos campos.
Cuando no hay interaccion los fotones no son particulas, y hasta hay quien duda que sean algo cuando no se produce ninguna interacion
....

Los conceptos en física están bien definidos por la estructura matemática que los sustentan.
Cuando alguien habla de "particula puntual" y le atribuye la "posibilidad" de que este en un punto esta siendo muy coherente. Se pierde la coherencia al afirmar a continuación que a la "particula puntual" no es posible asignársele una posición definida. Las dos afirmaciones son coherentes de forma independiente, pero no lo son cuando las juntas.

...La energía no está en ningún sitio, es una propiedad de la partícula. La partícula puede estar muy deslocalizada (es decir, puede que la probabilidad de encontrar la partícula sea mayor que cero en una región muy amplia del espacio). Pero, no obstante, la energía sigue siendo una propiedad de esa partícula, y sólo de esa partícula. Si esa partícula participa en una interacción, lo hace como una única unidad. Porque si participara sólo una parte de ella, entonces no sería una partícula sino una agregación de otra partículas...

El problema esta en ... "el puede estar muy deslocalizada" ... que parece indicar que también puede estar "completamente localizada", cosa que no es cierta. ¿Qué problema hay en afirmar que una particula no puede ser un punto? ... como de hecho de se deduce de la afirmación:

..."no es posible asignar una posición definida a una particula en cuántica"...



La explicación actual de todo esto es bastante sencilla, coherente y comprensible pero la gente se lía con sus propias creencias y prejuicios. Si eres capaz de sacar algo en claro de lo que te comentamos entre todos ... enhorabuena.

[pod]

Re: Fotones atravesándose

Me refería a los fotones reales.

Si lo que quieres es comparar el tiempo de vida de las partículas portadoras, ten en cuenta que son partículas normales. Existen porque la teoría las necesita para equilibrar la invariancia Gauge, pero a parte de eso no son diferentes de cualquier otra partícula.

En general, las partículas víajan tranquilamente entre interacción e interacción. Las interacciones pueden suceder entre dos partículas, o bien una única partícula puede desintegrarse en dos o más. Ahora bien, esto último sólo puede pasar si existen partículas más ligeras que tengan los mismos números cuánticos. El fotón es la partícula de spin 1 más ligera que existe (no puede haber nada más ligero que no tener masa ). Por lo tanto, un fotón es estable, no se puede desintegrar en nada. La única forma que interaccione es que se "encuentre" con otras partículas.

En cambio, las particulas portadoras W+, W- y Z tienen mucha masa. Por lo tanto, se pueden desintegrar rápidamente en otras partículas más ligeras (neutrinos, electrones, etc).

En la interacción nuclear fuerte la cosa es algo más complicada. Aunque no tienen masa, y por el razonamiento anterior deberían ser estables, resulta que un gluón aislado viola la simetría Gauge (igual que un quark aislado, por eso siempre aparecen en la naturaleza en agrupaciones de dos, tres, o posiblemente más quarks). Teóricamente, seria posible formar una agrupación de diversos gluones creando una partícula llamada "glueball" (literalmente, pelota de pegamento). Por lo que sé, a día de hoy no hay confirmación experimental de su existencia.

El caso del gravitón, caso de que la gravedad pueda ser cuantizada de forma similar a lo que estamos acostumbrados, sería similar al del fotón (pero con spin 2).

Es decir, que se propagan en línea recta, pero a la vez teniendo una distribución de probabilidad?

No conviene mezclar los mundos clásico y cuántico. Es posible pasar de uno a otro haciendo lo que magistralmente explica Carroza en su mensaje, pero las características son bastante diferentes.

Lo que se propaga en línea recta es la luz (sinónimo de ondas electromagnéticas). Esto es el mundo clásico.

Por otra parte, un fotón vive en el mundo cuántico. Allí, las partículas puntuales no están localizadas en un lugar concreto, sino que hay toda una "nube de probabilidad". Por lo tanto, ni siquiera tiene sentido hablar del concepto de trayectoria.

Otro problema adicional para explicar este tipo de cosas, es que los fisicos normalmente dais un significado muy diferente o mucho mas amplio a muchas palabras.
Por ejemplo el concepto de particula de un fisico no tiene nada que ver con el concepto "comun" de una particula. Los fisicos llamais particula a algo que esta muy deslocalizado, y esto en terminos de legos parece un sinsentido, tendria mas sentido si tuviese otro nombre; porque es que un foton no tiene ninguna propiedad compatible con una particula salvo cuando se produce una interaccion entre el campo electromagnetico y otro campo.
Solo en el momento de una interaccion surgen o se crean propiedades compatibles con una particula. Una particula foton solo existe justo en el instante de su creacion o destruccion, representaría solamente un intercambio localizado de energia y momento entre dos campos.
Cuando no hay interaccion los fotones no son particulas, y hasta hay quien duda que sean algo cuando no se produce ninguna interacion.

Bueno, no sé si hubiera sido mejor cambiarle el nombre. Quizá habría que llamarles "nubéculas"... Lo que pasa es que la idea clásica de un corpusculo que es una especie de canica que en cada instante del tiempo está en una ubicación bien determinada simplemente no existe en la naturaleza. Aunque, eso sí, en muchas circunstancias clásicas es una aproximación útil.

La historia de la mecánica cuántica, y la manera en la que esta se explica y divulga, hace que se le de mucha importancia a conceptos clásicos como "partícula" y "onda".
Parece que para entender la cuántica, uno tiene que asimilar una idea nebulosa llamada "dualidad onda-partícula". En este contexto, cuando hablamos de la luz, parece que hay dos conceptos, "fotón" y "onda electromagnética (clásica)", que uno tiene que conciliar.

Yo tengo poco que añadir a tu excelente explicación. Sólo dos comentarios. El primero, sobre por qué se le da tanta importancia a esos conceptos probablemente tenga mucho que ver con lo que yo citaba en otro mensaje: estamos condenados a vivir en la escala del metro y del julio. Si pudiéramos visitar el "bar cuántico" que utiliza Greene en sus textos, la cuántica nos sería más fácil de entender.

Los "fotones" aparecen como un cierto desarrollo de fourier del campo electromagnético, y son útiles para describir un desarrollo perturbativo de los procesos electromagnéticos, en los que podemos aproximar el efecto del Campo Electromagnético separando contribuciones de uno, dos o varios fotones. O sea, son una aproximación válida cuando el campo electromagnético es, en cierto sentido, débil.

Lo segundo es decir que esta forma de "parir" las partículas a partir de un campo cuántico es común a todas las partículas que existen. Los electrones surgen también como excitaciones "fourierianas" de un campo cuántico (que la gente suele llamar campo de Dirac, aunque yo prefiero llamarlo campo electrónico ya que el campo de un quark también tendría derecho a ser llamado de Dirac...).

[Elektro]

Re: Fotones atravesándose

No conviene mezclar los mundos clásico y cuántico. Es posible pasar de uno a otro haciendo lo que magistralmente explica Carroza en su mensaje, pero las características son bastante diferentes.

Lo que se propaga en línea recta es la luz (sinónimo de ondas electromagnéticas). Esto es el mundo clásico.

Por otra parte, un fotón vive en el mundo cuántico. Allí, las partículas puntuales no están localizadas en un lugar concreto, sino que hay toda una "nube de probabilidad". Por lo tanto, ni siquiera tiene sentido hablar del concepto de trayectoria.

Y en qué momento convergen ambas cosas? Es decir, qué relación hay entre las probabilidades en la cuántica y el hecho de que la luz vaya en línea recta cuando se mira a grandes escalas? Qué razón hay para que funcione de ese modo?

[pod]

Re: Fotones atravesándose

Y en qué momento convergen ambas cosas? Es decir, qué relación hay entre las probabilidades en la cuántica y el hecho de que la luz vaya en línea recta cuando se mira a grandes escalas? Qué razón hay para que funcione de ese modo?

Una respuesta completa probablemente involucraría lo que decía carroza: encontrar la configuración del campo cuántico cuyo límite es la onda electromagnética, hacer un desarrollo de Fourier, etc.

Una respuesta más simple es tener en cuenta el principio de conservación del momento. Se cumple a la perfección en el mundo cuántico, y por lo tanto también debe cumplirse en el mundo clásico (es la primera ley de Newton, ni más ni menos). No sé si lo habrás estudiado ya, pero en electromagnetismo clásico se le asigna un momento a las ondas electromagnéticas, así que hablar de conservación del momento no es para nada extraño en este momento. Cualquier cosa que no sea una propagación en línea recta violaría la conservación.