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Diagramas de Feynman (12)

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Si miráis un lagrangiano de teoría cuántica cuántica de campos de arriba a bajo, seguramente no entenderéis gran cosa. Ni la mayoría de Físicos del mundo, la verdad. Son monstruos bastante horribles, y si se desarrollan del todo pueden llegar a ocupar varias páginas de un libro.

Sin embargo, raramente hace falta desarrollarlos completamente. Hay estructuras más o menos fijas que se repiten para todas las partículas que existen. Por ejemplo, si hay seis quarks diferentes (up, down, strange, charm, bottom y top), habrá que repetir seis veces el mismo trozo del lagrangiano.

Pero todo eso no nos interesa para el propósito de un blog de divulgación. Lo que nos interesa es que, detrás de un montón de símbolos raros, el lagrangiano nos dice dos cosas: los tipos de vértices diferentes que existen en un modelo, y la probabilidad de que dicho vértice se produzca. Esto es lo que se conoce como reglas de Feynman del modelo en cuestión.

Tomemos un ejemplo, el más sencillo de todos: la electrodinámica cuántica, QED (de quantum electrodynamics). Es un modelo que únicamente describe las interacciones de tipo electromagnético. No es poco, pero si queremos ir a otro tipo de interacciones, necesitamos teorías más potentes.

Uno de los motivos por los que la electrodinámica es tan simple, entre comillas, es porque sólo dispone de un único tipo de vértice. Se trata de un vértice de tres partículas: una de ellas siempre es un fotón (una partícula de luz), y las otras dos son deben ser del mismo tipo y tener carga eléctrica.

Todos los vértices de QED tienen la misma estructura, pero hay esencialmente cuatro formas de orientarlo. Podéis verlo en los diagramas que encabezan el post. Leyendo de izquierda a derecha, la primera posibilidad es que las dos partículas cargadas entren y el fotón salga. Como ya dijimos, deben cumplirse todas las leyes de conservación; como las partículas cargadas desaparecen, y el fotón no tiene carga, la única posibilidad es que las partículas cargadas sean un par de partícula y antipartícula del mismo tipo.

La segunda posibilidad es que sólo entre una partícula cargada, y salgan la misma partícula y un fotón. En este caso, la carga pierde parte de su energía, que se emplea para crear el fotón. De nuevo, las leyes de conservación fuerzan que la partícula cargada saliente sea idéntica a la primera (pero con menos energía). No vale que sea otra partícula diferente de la misma carga, eso violaría otras leyes de conservación.

Fijaos que las dos posibilidades restantes son idénticas a las explicadas, pero vistas al revés en el tiempo.

Foto | Jaume

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