De todas las hipótesis que sustentan la mecánica cuántica y la teoría que describe cómo las partículas interactúan en el nivel más elemental, quizás el más básico es que las partículas son bosones o fermiones. Los bosones, como las partículas de luz llamadas fotones, trabajan bajo un conjunto de reglas; los fermiones, como electrones, juegan de otra forma.
Hace siete años, los físicos la Universidad de California en Berkeley se hicieron una pregunta fundamental y preocupante en potencia: los bosones a veces juegan con las reglas de los fermiones? En concreto, los fotones actúan como bosones todo el tiempo, o puede que a veces actúan como fermiones?
Con base en los resultados de su experimento para comprobar esta posibilidad, publicado 25 de junio en la revista Physical Review Letters, La respuesta es un sólido "no".
Las teorías de la física – incluyendo la teoría más completa de las partículas elementales, la teoría cuántica de campos, explican la naturaleza electromagnética, las fuerzas nucleares débil y fuerte (pero no la gravedad) – el descanso en los supuestos fundamentales, dijo Dmitry Budker, profesor de física en la Universidad de California de Berkeley . Estas suposiciones se basan en cómo funciona el mundo real, y a menudo producen predicciones sorprendentemente precisas. Sin embargo, a algunos físicos les gusta ver más rigurosamente que lo supuestos sean realmente probados.
"Ensayos de ( estos supuestos ) son muy importantes ", dijo Budker . "Nuestro experimento se distingue de la mayoría de las búsquedas experimentales de la nueva física en general que los demás pueden incorporar en el actual marco del modelo estándar de partículas y fuerzas. Lo que estamos probando son algunos de los supuestos fundamentales sobre los que el modelo estándar se basa."
Entre estos supuestos se encuentra el bosón de dicotomía entre fermiones, que tiene el mandato del Teorema de la estadística del spin, de la teoría cuántica de campos. Los bosones, que se rigen por la estadística de Bose -Einstein, son partículas con un spin intrínseco de 0, 1, 2 y otro entero, e incluyen los fotones, los bosones W y Z y los gluones. Los fermiones, gobernados por la estadística de Fermi -Dirac, son todas las partículas con número impar de medias vueltas de entero – 1 / 2 , 3 / 2 , 5 / 2 , etc – e incluyen el electrón , neutrinos, muones y todos los quarks, las partículas fundamentales que componen los protones y los neutrones.
Los bosones pueden apilarse uno encima del otro, sin límite, todos los que ocupan el mismo estado cuántico . A bajas temperaturas, esto genera fenómenos tan extraños como la superconductividad, la superfluidez y la condensación de Bose- Einstein. También permite que los fotones de la misma frecuencia puedan formar haces de láser coherente . Los fermiones, por otro lado, se evitan uno a otro. Los electrones alrededor de un núcleo no pueden caer en una nube de condensado, dando lugar a átomos con una gran variedad de propiedades químicas.
"Tenemos esta ley tan importante en la simetría en la física, uno de los pilares de nuestra comprensión teórica, y mucho depende de ello ", dijo Budker , que es también un científico educativo de Lawrence Berkeley National Laboratory ( LBNL ) . " Pero no tenemos una explicación simple, tenemos una demostración matemática compleja. Esto es realmente molestó para mucho de los físicos, incluido el fallecido premio Nobel Richard Feynman ".
" Es una lástima que no exista una explicación simple ", dijo Budker, ya que une los supuestos básicos de la física moderna . "Entre estas suposiciones son la invariancia de Lorentz , el principio central de la relatividad especial, y la la transformación de la invariancia bajo la CPT (carga – paridad en tiempo ), la idea de que la naturaleza tiene el mismo aspecto cuando el tiempo se invierte, el espacio se refleja como en un espejo, y las partículas se transforman en antipartículas. La invarianza de Lorentz y los resultados del enredo del espacio y tiempo, de manera que la longitud y el cambio de tiempo en los marcos de referencia que se mueven a velocidad constante a fin de mantener la velocidad de la luz constante.
" Otra de las hipótesis del teorema spin- estadística esla microcausalidad ", dijo Damon English, pos-doctorado de la Universidad de Berkeley. " Una violación no sería exactamente el mismo tipo de paradoja como viajar atrás en el tiempo para matar a tu abuelo, pero más en la línea de la recepción de un destello de luz antes de que fuera emitida. "
En su experimento, Budker, English y su colega Valeriy Yashchuk, científico del personal de la empresa Advanced LBNL de fuente de luz, fueron capaces de reducir el límite existente de que los fotones actúan como fermiones en más de un factor de mil.
" Si hubiera un solo par de fotones de 10 mil millones que hubiesen mordido el anzuelo y se comportaran como fermiones, los habríamos visto ", dijo English . " Los fotones son bosones, al menos dentro de nuestra sensibilidad experimental ".
En 1999, Budker , DeMille y David , ahora un profesor de física en la Universidad de Yale , terminaron un experimento preliminar similar, realizado en parte en el Amherst College y en parte en la UC Berkeley , el establecimiento de fotones que actúan como bosones, no fermiones. El nuevo experimento mejora la precisión del experimento de Amherst / UC Berkeley en un factor de cerca de 3.000.
En el experimento bombardearon átomos de bario con fotones del láser en dos haces idénticos y buscaron pruebas de que el bario había absorbido dos fotones de la misma energía a la vez, con lo que patearon un electrón en un estado de mayor energía. La transición de dos fotones particulares, los científicos se centraron solamente en lo que estaba prohibido por las estadísticas de Bose -Einstein de fotones. Si los fotones son fermiones, la transición sería " ir como banda -busters ", dijo English.
En el experimento no se detectaron esos " fermiónico fotones", se crea entonces la distinción de los bosones y fermiones, y la validación de los supuestos subyacentes en las estadísticas de Bose- Einstein y la Teoría Cuántica de Campos .
"El Espacio-tiempo, la causalidad, y la invariancia de Lorentz son seguros, … por ahora ", dijo English.
Usando el mismo experimento de mesa, también observaron por primera vez que el spin del núcleo puede alterar el medio ambiente atómico para permitir que el contrario de las estadísticas de Bose- la prohibida transición. Los isótopos más comunes de bario, el bario de bario -138 y 136- , tienen cero spin nuclear, así que los niveles de electrones están libres de perturbaciones y la absorción de dos fotones es imposible. Otros dos isótopos, 135 y 137 de bario, tienen un spin nuclear de 3 / 2 , que crea una interacción hiperfina de los niveles de energía de electrones, y permite aún muy débil, pero perceptible, absorción de dos fotones.
"Vamos a seguir buscando , porque las pruebas experimentales en cuanto a sensibilidad son cada vez mayores y están motivados por la importancia fundamental de la estadística cuántica ", dijo Budker . "El spin- las estadísticas de conexión es uno de los supuestos más básicos en nuestra comprensión de las leyes fundamentales de la naturaleza. "
El trabajo fue financiado por la National Science Foundatio
Nombre: Edymar Gonzalez A
C.I:19.502.773
http://universitam.com/academicos/?p=3556
Hace siete años, los físicos la Universidad de California en Berkeley se hicieron una pregunta fundamental y preocupante en potencia: los bosones a veces juegan con las reglas de los fermiones? En concreto, los fotones actúan como bosones todo el tiempo, o puede que a veces actúan como fermiones?
Con base en los resultados de su experimento para comprobar esta posibilidad, publicado 25 de junio en la revista Physical Review Letters, La respuesta es un sólido "no".
Las teorías de la física – incluyendo la teoría más completa de las partículas elementales, la teoría cuántica de campos, explican la naturaleza electromagnética, las fuerzas nucleares débil y fuerte (pero no la gravedad) – el descanso en los supuestos fundamentales, dijo Dmitry Budker, profesor de física en la Universidad de California de Berkeley . Estas suposiciones se basan en cómo funciona el mundo real, y a menudo producen predicciones sorprendentemente precisas. Sin embargo, a algunos físicos les gusta ver más rigurosamente que lo supuestos sean realmente probados.
"Ensayos de ( estos supuestos ) son muy importantes ", dijo Budker . "Nuestro experimento se distingue de la mayoría de las búsquedas experimentales de la nueva física en general que los demás pueden incorporar en el actual marco del modelo estándar de partículas y fuerzas. Lo que estamos probando son algunos de los supuestos fundamentales sobre los que el modelo estándar se basa."
Entre estos supuestos se encuentra el bosón de dicotomía entre fermiones, que tiene el mandato del Teorema de la estadística del spin, de la teoría cuántica de campos. Los bosones, que se rigen por la estadística de Bose -Einstein, son partículas con un spin intrínseco de 0, 1, 2 y otro entero, e incluyen los fotones, los bosones W y Z y los gluones. Los fermiones, gobernados por la estadística de Fermi -Dirac, son todas las partículas con número impar de medias vueltas de entero – 1 / 2 , 3 / 2 , 5 / 2 , etc – e incluyen el electrón , neutrinos, muones y todos los quarks, las partículas fundamentales que componen los protones y los neutrones.
Los bosones pueden apilarse uno encima del otro, sin límite, todos los que ocupan el mismo estado cuántico . A bajas temperaturas, esto genera fenómenos tan extraños como la superconductividad, la superfluidez y la condensación de Bose- Einstein. También permite que los fotones de la misma frecuencia puedan formar haces de láser coherente . Los fermiones, por otro lado, se evitan uno a otro. Los electrones alrededor de un núcleo no pueden caer en una nube de condensado, dando lugar a átomos con una gran variedad de propiedades químicas.
"Tenemos esta ley tan importante en la simetría en la física, uno de los pilares de nuestra comprensión teórica, y mucho depende de ello ", dijo Budker , que es también un científico educativo de Lawrence Berkeley National Laboratory ( LBNL ) . " Pero no tenemos una explicación simple, tenemos una demostración matemática compleja. Esto es realmente molestó para mucho de los físicos, incluido el fallecido premio Nobel Richard Feynman ".
" Es una lástima que no exista una explicación simple ", dijo Budker, ya que une los supuestos básicos de la física moderna . "Entre estas suposiciones son la invariancia de Lorentz , el principio central de la relatividad especial, y la la transformación de la invariancia bajo la CPT (carga – paridad en tiempo ), la idea de que la naturaleza tiene el mismo aspecto cuando el tiempo se invierte, el espacio se refleja como en un espejo, y las partículas se transforman en antipartículas. La invarianza de Lorentz y los resultados del enredo del espacio y tiempo, de manera que la longitud y el cambio de tiempo en los marcos de referencia que se mueven a velocidad constante a fin de mantener la velocidad de la luz constante.
" Otra de las hipótesis del teorema spin- estadística esla microcausalidad ", dijo Damon English, pos-doctorado de la Universidad de Berkeley. " Una violación no sería exactamente el mismo tipo de paradoja como viajar atrás en el tiempo para matar a tu abuelo, pero más en la línea de la recepción de un destello de luz antes de que fuera emitida. "
En su experimento, Budker, English y su colega Valeriy Yashchuk, científico del personal de la empresa Advanced LBNL de fuente de luz, fueron capaces de reducir el límite existente de que los fotones actúan como fermiones en más de un factor de mil.
" Si hubiera un solo par de fotones de 10 mil millones que hubiesen mordido el anzuelo y se comportaran como fermiones, los habríamos visto ", dijo English . " Los fotones son bosones, al menos dentro de nuestra sensibilidad experimental ".
En 1999, Budker , DeMille y David , ahora un profesor de física en la Universidad de Yale , terminaron un experimento preliminar similar, realizado en parte en el Amherst College y en parte en la UC Berkeley , el establecimiento de fotones que actúan como bosones, no fermiones. El nuevo experimento mejora la precisión del experimento de Amherst / UC Berkeley en un factor de cerca de 3.000.
En el experimento bombardearon átomos de bario con fotones del láser en dos haces idénticos y buscaron pruebas de que el bario había absorbido dos fotones de la misma energía a la vez, con lo que patearon un electrón en un estado de mayor energía. La transición de dos fotones particulares, los científicos se centraron solamente en lo que estaba prohibido por las estadísticas de Bose -Einstein de fotones. Si los fotones son fermiones, la transición sería " ir como banda -busters ", dijo English.
En el experimento no se detectaron esos " fermiónico fotones", se crea entonces la distinción de los bosones y fermiones, y la validación de los supuestos subyacentes en las estadísticas de Bose- Einstein y la Teoría Cuántica de Campos .
"El Espacio-tiempo, la causalidad, y la invariancia de Lorentz son seguros, … por ahora ", dijo English.
Usando el mismo experimento de mesa, también observaron por primera vez que el spin del núcleo puede alterar el medio ambiente atómico para permitir que el contrario de las estadísticas de Bose- la prohibida transición. Los isótopos más comunes de bario, el bario de bario -138 y 136- , tienen cero spin nuclear, así que los niveles de electrones están libres de perturbaciones y la absorción de dos fotones es imposible. Otros dos isótopos, 135 y 137 de bario, tienen un spin nuclear de 3 / 2 , que crea una interacción hiperfina de los niveles de energía de electrones, y permite aún muy débil, pero perceptible, absorción de dos fotones.
"Vamos a seguir buscando , porque las pruebas experimentales en cuanto a sensibilidad son cada vez mayores y están motivados por la importancia fundamental de la estadística cuántica ", dijo Budker . "El spin- las estadísticas de conexión es uno de los supuestos más básicos en nuestra comprensión de las leyes fundamentales de la naturaleza. "
El trabajo fue financiado por la National Science Foundatio
Nombre: Edymar Gonzalez A
C.I:19.502.773
http://universitam.com/academicos/?p=3556
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