jueves, 5 de febrero de 2015

MATERIA Y ANTIMATERIA: ELECTRONES

Introducción.
La materia común está compuesta de partículas y la antimateria está constituida por antipartícula.

De la misma manera que un electrón y un protón forman un átomo de hidrógeno un positrón o electrón con carga positiva, y un antiprotón o protón con carga negativa, pueden formar un átomo de antimateria.

El contacto entre materia y antimateria da lugar a fotones de alta energía.
Paul Dirac en 1928 predijo la existencia de antimateria, sin embargo, el universo que observamos está compuesto únicamente por partículas y no  se han encontrado grandes estructuras de antimateria en el universo.

Wheeler establece que todos los electrones y positrones son en realidad manifestaciones de una única entidad que se mueven hacia atrás y hacia delante en el tiempo. De acuerdo con Richard Feynman:

Recibí una llamada telefónica un día a la universidad de posgrado en Princeton del profesor Wheeler, en la que dijo, "Feynman, yo sé por qué todos los electrones tienen la misma carga y la misma masa" "¿Por qué?" "Porque, todos son el mismo electrón!" [1]

Según Wheeler la mitad de las líneas temporales están dirigidas hacia adelante en el tiempo y la otra mitad están dirigidas hacia atrás. Wheeler sugirió que estas secciones hacia atrás aparecen como la antipartícula del electrón, el positrón.

Feynman propuso más tarde esta interpretación del positrón como un electrón que se mueve hacia atrás en el tiempo en su artículo de 1949 "La Teoría de positrones". [2]

Representación vectorial de ondas senoidales.
Una onda senoidal (a(t) = am sen wt) puede representarse por medio de un vector de módulo am que gira en sentido antihorario con una velocidad angular constante
 

Figura 1. Representación vectorial de ondas senoidales.

Si en el instante inicial (t=0) la onda arranca en su sentido positivo la configuración de la onda y la dirección del vector se muestran en la figura 1 a).

Si el giro es en sentido horario, la configuración de la onda y la dirección del vector se muestran en la figura 1 b).

Se obtienen las mismas ondas senoidales si invertimos el vector y el sentido de giro (figura 2).

 

Figura 2. Representación vectorial de ondas senoidales.


Ondas senoidales simultáneas.
Si en un fenómeno físico, intervienen varias ondas senoidales relacionadas entre si, decimos que se trata de ondas senoidales simultáneas.

Si dos ondas senoidales alcanzan sus valores máximos y mínimos a la vez, se dice que están en fase.

 
Figura 3. Ondas senoidales en fase.

Si no coinciden los instantes en que las ondas alcanzan sus valores máximos y mínimos, las ondas están desfasadas.

La onda de la figura 1 b), va desfasada con respecto a la de la figura 1 a) un ángulo de 180º.

Electrón y Positrón.
El electrón y el positrón son esferas o partículas de Planck que poseen dos rotaciones, una en el espacio tridimensional y la otra en la cuarta dimensión.

Para simplificar eliminemos la altura z, con lo que nos quedarían las dimensiones espaciales x e y, y la cuarta u=ct.

Supongamos, que el electrón gira en sentido antihorario, por lo tanto generará la onda de la figura 1 a), y el positrón gira en sentido horario, por lo tanto generará la onda de la figura 1 b).

 
Figura 4. Electrón y Positrón como Partículas

 
Figura 5. Electrón y Positrón como Ondas Temporales

Mientras el electrón da una vuelta en el espacio, da media vuelta en la cuarta dimensión, por lo tanto tenemos la partícula al revés, lo que equivale a tener el vector en dirección opuesta (fig 2), por lo tanto:


El Positrón es un Electrón visto por detrás.



El Positrón es una onda desfasada 180º con

respecto a la onda del Electrón

Supongamos que tenemos un reloj (figura 6 a) que gira en el sentido horario. Si pudiéramos ver el reloj por detrás, veríamos los números como aparecen en la figura 6 b) y el giro de las manecillas del reloj, sería en sentido antihorario
Figura 6.  Reloj visto por delante a) y por detrás b)

Supongamos que el reloj tridimensional que gira en sentido antihorario está situado en un universo bidimensional. En esta condiciones veriamos un objeto como el de la figura 7. No podríamos observar el giro al no disponer de la dimensión altura, pero sí que observaríamos la atracción o repulsión originada por la rotación del reloj.

 
Figura 7. Reloj visto en dos dimensiones

A nosotros nos ocurre exactamente lo mismo pero con la dimensión temporal
no podemos observar ni el pasado ni el futuro

El electrón es una hiperesfera de cuatro dimensiones que gira en el espacio tridimensional y en la cuarta dimensión.


La intersección con el espacio 3D nos da una esfera tridimensional que observamos como partícula y la rotación en la cuarta dimensión la observamos como carga, por lo tanto:

El electrón y el positrón son la misma partícula.

 El electrón lo observamos desde el futuro y 
el positrón se observa desde el pasado.


Conclusión.
La hipótesis de que tanto las partículas como el Universo poseen cuatro dimensiones espaciales, de las cuales tres observamos como espacio y la cuarta como tiempo, permite simplificar el electrón y su antipartícula el positrón en una única partícula, de acuerdo con Wheeler y Feynman.

Nuestra perspectiva espacial nos permite ver arriba y abajo a la vez, sin embargo nuestra limitación temporal nos impide observar el pasado y el futuro simultáneamente, debido a que observamos la cuarta dimensión como tiempo.

Para Wheeler y Feynman la diferencia entre electrón y positrón radica en la dirección del movimiento (hacia el futuro o hacia el pasado). Movimiento que no les permite explicar y calcular las propiedades intrínsecas de la materia, solo la diferencia entre electrón y positrón.

Sin embargo, el hecho de considerar el tiempo como una dimensión espacial más, la diferencia entre electrón y positrón radica en la posición del observador. Para el Universo, que tiene 4 dimensiones, es la misma partícula

Además, las 4 dimensiones permiten explicar las propiedades intrínsecas de las partículas tales, como masa, carga espin, etc. y calcular el valor de dichas propiedades, tal como hemos visto en post anteriores.

La Materia y la Antimateria son las

Dos Caras, Pasado y Futuro, de la Misma Moneda

 Referencias.
[1] Richard Feynman (11 December 1965). "Nobel Lecture". Nobel Foundation
[2] Feynman, Richard (1949). "The Theory of Positrons". Physical Review 76