Físicos desarrollan un modelo que llega a los límites de la teoría cuántica

Toda la materia del universo -todo lo que vemos, tocamos y olemos- tiene una estructura predecible gracias a los diminutos electrones que pueblan sus núcleos atómicos. Un axioma fundamental de esta estructura ordenada es que dos electrones no pueden ocupar el mismo nivel atómico (estado cuántico) al mismo tiempo -un principio llamado de Exclusión de Pauli, que está basado en la teoría de la relatividad de Einstein y en la teoría cuántica.

Sin embargo, un equipo de la Universidad de Siracusa ha desarrollado un modelo teórico para explicar cómo se podría ‘saltar’ el principio de exclusión de Pauli y cómo, bajo ciertas condiciones peculiares, se podría hacer que dos electrones ocupen el mismo estado cuántico de forma simultánea.

Electrones
Electrones. wikipedia.

Su modelo, publicado en el último número de Physical Review Letters podría explicar cómo la materia se comporta en la frontera de los agujeros negros y contribuir a la búsqueda por una teoría unificada de la gravedad cuántica.

“Las transiciones de electrones de una capa atómica a otra que violen el principio de Pauli ponen a prueba los fundamentos de la física”, dijo A. P. Balachandran, profesor de la Universidad de Siracusa. “Por esta razón, hay un interés experimental especial en encontrar estos movimientos. Hasta ahora, había varios modelos viables que podían explicar cómo ocurren esas transiciones. Nuestra teoría propone  uno de estos modelos.”

La forma ordenada en la que los electrones rellenan los niveles atómicas da estabilidad y una estructura a la materia y también dicta las propiedades químicas de la Tabla Periódica. Basándose en esta estabilidad se puede localizar el punto en el que se encuentran los objetos (electrones, protones y neutrones) de forma casi exacta en tiempo y espacio. El nuevo modelo propone que en el nivel en el que la gravedad cuántica no es despreciable, este continuo espacio-tiempo se rompe, afectando de forma importante la simetría rotacional de los átomos y activando las transiciones de electrones (movimiento de una capa a otra) que violan el principio de Pauli.

“El principio de Pauli no se cumple en el modelo que hemos diseñado”, explicó Balachandran. “Utilizamos evidencias experimentales para fijar los límites en los que estas violaciones de las transiciones pueden darse”.

Según el modelo, las violaciones del principio de Pauli ocurrirían teóricamente en un rango de tiempo que es mayor que la edad del universo.

“Aunque este efecto es pequeño, los científicos están utilizando instrumentos de gran precisión para intentar observar el efecto”, explicó Balachandran. “Si lo encontramos, afectará de forma importante las bases de las teorías físicas actuales”.

“Además, la química y la biología en un mundo en el que ocurren estas violaciones sería totalmente diferente”, añade el co-autor Padmanabhan.

El hecho de que el principio pueda no cumplirse también ayudaría a explicar cómo la materia se comporta en los extremos de los agujeros negros, Joseph comentó: “Hasta que no sepamos qué ocurre con la materia en un agujero negro, nuestro modelo puede servir para tener pistas sobre cómo se colapsa la materia debido al efecto gravitacional de los agujeros negros”.

Más informatcon: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v105/i5/e051601

Este artículo ha sido traducido de Physorg y publicado bajo licencia CC by-sa

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