VIII. LOS MENSAJEROS DE LA INTERACCIÓN

EL TERCERO de los resultados en que se conjugan la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad demuestra la existencia de los portadores de la interacción. Vale la pena entretenernos un momento aquí pues en lo que sigue se verá en todo su esplendor cómo razonan los buenos físicos, con unos cuantos principios básicos a la mano, para sacar conclusiones de carácter muy general.

Pensemos cómo interactúa una persona con otra alejada de ella, si se encuentran ambas en un cuarto obscuro. Una de las personas desea enviarle un mensaje a la otra, para tener acción sobre ella. La respuesta es sencilla: le habla y pasa así el mensaje. ¿Qué diría un físico clásico sobre este sencillo proceso, tan común en nuestra vida diaria? Pues diría que una de las personas, el emisor, crea a su alrededor un campo de ondas sonoras, las cuales luego son captadas por el receptor, que descifra en su cerebro la señal. El campo, en este caso, está formado por las compresiones y rarefacciones del aire que se producen en el cuarto obscuro. Ellas forman una onda longitudinal que se propaga con la velocidad del sonido en el aire, que vale unos 340 m/s. En el proceso se conserva la energía, pues la de las ondas sonoras provino del esfuerzo que hizo la persona emisora al gritar.

Un físico cuántico, al pensar en la interacción de dos partículas microscópicas razonaría de la misma manera: una de las partículas crea un campo a su alrededor, que luego es detectado por la otra, que así resiente la presencia de la primera. Pero, ¿qué diría de la conservación de la energía? ¿Actúa en la misma forma este principio general de la física en la teoría cuántica que en la clásica? La respuesta es sí y no. Veamos por qué.

Así como el principio de Heisenberg impide definir totalmente y al mismo tiempo el valor de la velocidad y de la posición de una partícula, también impide que se puedan medir con toda precisión la energía de un proceso y el tiempo que dura. Para determinar la energía de un sistema cuantico sin incertidumbre alguna hay que emprender un proceso de medición cuya duración... ñes infinita! Puesto al revés: la energía de un sistema puede fluctuar y esta fluctuación es menor mientras mayor sea el tiempo que dure. Fluctuaciones grandes en la energía ocurren durante tiempos muy cortos. Como en el caso del momento lineal y la posición, el producto de la incertidumbre en la energía DE y en el tiempo Dt es del orden de la constante de Planck.

Hasta aquí el físico cuántico; pero ahora hagámoslo relativista. Él sabe que la energía y la masa son equivalentes, son dos aspectos distintos de lo mismo. Diría entonces que la fluctuación cuántica de la energía puede llegar a manifestarse como masa, puede crear otra partícula, en un proceso análogo al que observó Blackett en la creación del par electrón-positrón. Esas nuevas partículas, que surgen alrededor del sistema cuántico si hay suficiente energía, tienen vida efímera, pues sólo duran lo que la fluctuación de la energía permite. Mientras mayor sea su masa, es decir, mientras mayor sea el cambio requerido en energía del emisor, menor la vida de la partícula recién creada. Pero entonces nuestro amigo cuántico y relativista recuerda el principio básico de la teoría de la relatividad: no hay partícula que viaje con velocidad mayor que la luz. Concluye, pues, que cuanto más pesada sea la partícula de vida efímera, menor será la distancia que recorra antes de morir. Como mensajero, una partícula pesada sirve entonces sólo para distancias cortas.

Aquí hay un punto importante, en que hacemos contacto con otro principio fundamental. Sería ideal que los mensajeros del campo de fuerzas, los portadores de la interacción, fueran bosones, y no fermiones. Así, no hallarían obstáculos para entregar el mensaje, barreras que sí existirían al mediar el principio de exclusión, pues muchos estados quedarían vedados a los mensajeros.

Juntando lo anterior tenemos ya la imagen moderna de la interacción entre dos partículas elementales. Una partícula crea, por la incertidumbre de energía y tiempo, un campo de partículas efímeras a su alrededor; mientras más pesados sean estos mensajeros, menor alcance tendrán. El receptor recibe entonces al mensajero, lo captura, y así siente la acción de la otra partícula. Distintas formas de interacción corresponden a diferentes tipos de mensajeros. Como veremos, una de las más brillantes síntesis de la física actual consiste en haber podido reducir la interacción entre partículas a sólo unas cuantas fuerzas fundamentales, o sea, al intercambio de unos pocos bosones mensajeros. Relatemos cómo ha ocurrido esto.