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¿Por qué me creo…el positrón?

Primer post de la serie «¿Por qué me creo…?», donde intentaremos ver qué pruebas y razones objetivas hay para creer en teorías científicas que todo el mundo da por aceptadas, a menudo olvidando el camino por el que se llego a estar tan seguros.

El «objeto» de hoy es el positrón, la antipartícula del electrón. Sabemos que cualquier trozo de materia del día a día está hecha de átomos, y éstos a su vez de núcleos con electrones «orbitando» a su alrededor.

¿Donde encaja el positrón en este esquema? En ningún sitio. Esta partícula no existe (*) en condiciones normales.

Hasta que en 1933, mientras Carl Anderson analizaba las trazas dejadas por rayos cósmicos (de los que ya hablamos) en cámaras de niebla, se topó con esto:



(Clic para ampliar)

Es necesario observar detenidamente esta foto de una traza que entra en una placa de plomo de 6mm (la línea horizontal) y emerge por el otro lado, porque son muchos los detalles y sutilezas que hay que saber interpretar:
  • Cada traza (segmento de arco) capturada por estas cámaras corresponde al rastro dejado por una partícula subatómica a gran velocidad. Las trazas acaban cuando la partícula deja de existir, o colisiona con algún átomo del aire y pierde casi toda su energía.
  • En la cámara se mantiene artificialmente un fuerte campo magnético perpendicular al plano que se observa, de forma que las partículas cargadas describan arcos de círculo en lugar de lineas rectas. Partículas positivas giraran hacia su izquierda, y las negativas al contrario. Evidentemente, esto se hace para distinguir a simple vista la carga de las partículas que crean cada traza.
  • La curvatura de cada arco por tanto depende de: la carga (positiva o negativa), y de la velocidad de la partícula. Intuitivamente, es fácil entender que si la fuerza magnética «que obliga a torcerse» es constante, la curvatura será menos pronunciada cuanto mayor sea la velocidad de la partícula.
Teniendo todo esto en la cabeza, vuelve a observar la figura. Podemos ver que una partícula, cargada, entra por un lado de la plancha de plomo y aparece por el otro lado, sin apenas desviarse de dirección. Pero si se observa con cuidado, se ve que la curvatura sí ha cambiado: es mayor arriba que abajo. ¿Qué quiere decir esto? Que la velocidad sí ha cambiado, y como es lógico tras atravesar una plancha de plomo, debe haberse reducido.

Y aquí llegamos al momento importante: ¿Como sabemos si la partícula viene de abajo o de arriba? Por la orientación del campo magnético, si viene de arriba debe ser una partícula negativa (un electrón), pero si viene de abajo debe tener carga positiva (el nuevo y entonces desconocido positrón). Observando que tras atravesar el plomo la partícula debe aumentar su curvatura al perder velocidad, se descarta la opción del electrón.

Anderson ya podría decir con seguridad que una partícula positiva había entrado por abajo de la fotografía. Pero, ¿podría ser un protón, positivo y conocido ya en la época? Como menciona en su artículo original de 1933 (PDF), un protón nunca llegaría a recorrer tanta longitud como la que se aprecia en la foto.

Se había demostrado sin ninguna duda la existencia de un nuevo tipo de partícula, otro pequeño paso hacia el entendimiento de la Naturaleza.

(*) Siendo rigurosos, la teoría cuántica dice que en cualquier instante de tiempo muy muy pequeño, electrones y anti-electrones aparecen de la nada, para desaparecer casi inmediatamente, siendo el resultado total… nada. Esto es lo que se llama vacío cuántico.

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