XXI. LA F�SICA DE PART�CULAS MUY VELOCES

CUANDO la energ�a de los proyectiles aumenta, el n�cleo blanco puede volar en mil pedazos. Y si hacemos todav�a m�s grande la velocidad de las part�culas aceleradas, puede "verse" no s�lo lo que hay en el interior del n�cleo, sino que aun podemos incursionar dentro de los nucleones mismos. Entramos as�, de lleno, al mundo subnuclear, o f�sica de altas energ�as, o f�sica de part�culas elementales. Este mundo maravilloso est� poblado por part�culas muy peque�as que se estudian con la ayuda de grandes aceleradores.

Como ya hemos dicho varias veces, los sistemas microsc�picos se rigen por las leyes cu�nticas; y, tambi�n ya lo mencionamos, las part�culas muy r�pidas sufren los efectos relativistas. A esos veloces proyectiles peque�itos habr� que formularles, pues, un conjunto de leyes que sean al mismo tiempo cu�nticas y relativistas. En otros t�rminos, se deber� buscar el matrimonio de la mec�nica de Schrödinger y Heisenberg con la f�sica relativista de Einstein. Antes de contar las vicisitudes de este matrimonio es conveniente describir con un poco de detalle a uno de los c�nyuges: la teor�a de la relatividad. Hacia finales del siglo XIX, la �ptica presentaba a los f�sicos una serie de quebraderos de cabeza: por ejemplo, no hab�an sido capaces de medir la velocidad de la luz con respecto al �ter, medio misterioso y omnipresente que portaba las oscilaciones luminosas. �Qu� suceder�a, se dijo Einstein en 1905, si en verdad medir la velocidad absoluta de luz fuera imposible, debido a que as� est� construida la Naturaleza? En otros t�rminos, y pensando en los sistemas de referencia inerciales que describimos al hablar de Galileo y Newton, �qu� sucede si postulamos que la velocidad de la luz es la misma (e igual a trescientos mil kil�metros por segundo) cuando se mide no importa con respecto a qu� sistema inercial?

El anterior postulado se justifica si lo planteamos de otra forma, tal vez m�s asequible. Vamos a suponer que existe una ley de la naturaleza que nos dice de un límite para la velocidad con que se pueden mover las cosas materiales. De acuerdo con la primera ley de Newton, o principio de relatividad, ese valor l�mite ser� el mismo en todo sistema inercial. Pero si buscamos una velocidad muy alta que pueda desempe�ar el papel de velocidad límite, la m�s grande conocida es la de la luz. En tal caso, ninguna part�cula, ni se�al que lleve alg�n tipo de informaci�n, podr� rebasar la velocidad de la luz y �sta ser� la misma en todos los sistemas inerciales.

Las consecuencias de la suposici�n de Einstein son m�ltiples. Ahora los eventos que ocurren simult�neamente para un cierto observador, no son simult�neos para otro observador que se mueve respecto al primero, es decir, el postulado de Einstein ha demolido el concepto de tiempo absoluto, uniendo la idea de espacio a la de tiempo y creando el concepto del espacio-tiempo.

Las consecuencias din�micas de la suposici�n de Einstein -aunada al principio de relatividad de Galileo-, son enormes. La segunda ley de Newton, que se refiere a la aceleraci�n y por tanto al cambio en el tiempo de la velocidad, ya no es v�lida al alterarse el concepto b�sico de tiempo. Se genera, adem�s, la equivalencia entre masa m y energ�a E que en la f�sica relativista son en esencia lo mismo: E=mc², donde c es la velocidad de la luz, que es una constante f�sica. En otros t�rminos usar la energ�a en vez de la masa es como cambiar el sistema de unidades y por tanto no esencial.

Todo ello llev� tambi�n a una formulaci�n matem�tica de las leyes de movimiento que es m�s complicada que la formulaci�n newtoniana, lo que se traduce en "problemas conyugales" al tratar de casar a la mec�nica cu�ntica con la relatividad.