Y DE REPENTE, UN FOTÓN

Seguramente casi todos los que me estáis leyendo habrá visto alguna de las innumerables versiones de Robin Hood, ¿verdad?. ¿Recordáis la escena en la que Robin se pelea con Little John sobre un tronco situado sobre un riachuelo a modo de puente?. Pues bien, me siento como Robin Quántum esperando cruzar al otro lado del río, donde pacientemente me espera el Dr. Planck, y se me ha puesto en medio un verdadero Little John llamado FOTÓN, que no me dejará pasar hasta que lo derrote.

Me he dado cuenta de que es imposible seguir hablando de Física Cuántica sin comprender lo que es un fotón. Miremos donde miremos en este Universo Cuántico nos aparece esté diminuto ser intentando llamar la atencion de nuestra curiosidad científica. Así que voy a intentar esbozar las primeras pinceladas del personaje. Me parece tan importante que le dedicaré – con vuestro permiso – dos entradas. Sólo me queda dar unas palabras de ánimo y es que muchos de los conceptos que aquí saldrán los iremos "machacando" a medida que vayamos avanzando.

Indagando, me he encontrado que no hay definiciones estandarizadas sobre lo que es un fotón. Algunas páginas lo definen por lo que es (sobre todo las de astronomía), otras por lo qué hace (las páginas de física nuclear), otras por su comportamiento (física cuántica); Así que lo que haré será coger esas definiciones y darles un sentido que nos pueda ir bien para acercarnos a la comprensión básica de lo que es un fotón.

¿Cómo definir un fotón? Es la partícula de luz más pequeña. O dicho de otra forma; una unidad de energía electromagnética asociada con una longitud de onda determinada. (Esta segunda definición la profundizaremos cuando veamos la Constante de Planck y su Ley)

¿Cómo se comporta un fotón? Bien como onda de energía, bien como partícula). Es la cualidad cuántica conocida como "Onda-Corpúsculo". (Ver el video posteado sobre el experimento de la doble rendija, extraído de la película "y tú que sabes").

¿En qué trabaja el fotón? En transportar todas las formas de radiación electromagnética: rayos gamma, rayos X, luz ultravioleta, luz visible, luz infrarroja, microondas, ondas de radio. Clasificación hecha atendiendo a factores como la longitud de onda, frecuencia, y la intensidad de la radiación. (Espectro electromagnético -Tema que veremos la semana que viene y que nos ayudará a comprender a Planck).

¿Podemos ver un fotón a simple vista? La energía que transmite el fotón es observada en su longitud de onda, o lo que es lo mismo, al equivalente a su frecuencia de oscilación como partícula dentro de la onda. Aunque su situación puntual es indeterminada.

Solo es visible por el ojo humano - es decir, solo transmite la suficiente energía para excitar nuestros ojos - si tiene una longitud de onda es de entre 400 y 700 nanómetros. (Espectro electromagnético)

¿Cómo es el "esqueleto" del fotón? Un fotón no tiene masa. Es un "intermediario" de energía, un portador. Un átomo recibe un fotón (como unidad básica de energía) .Lo hace suyo y desprende otro fotón para no perturbar su equilibrio energético. Un ejemplo crematístico: Tú me das un billete de 10 y yo te doy 10 monedas de un euro. Ha habido un intercambio de energía con equilibrio.

¿Cómo es la vida de un fotón? ¿Cómo nace? ¿Cómo muere?. Recordáis esa ley de la termodinámica. La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. Pues aquí tenéis un ejemplo de dicha ley. Un fotón no nace ni muere, sólo se transforma. Recordar que un fotón no es energía en sí misma sino un vehículo, un transmisor de esa energía.

Un fotón parte de "X "con una energía capturada determinada, hasta llegar a "Y", transmitiéndole la misma o menor energía (o frecuencia, que se ha ido "perdiendo" por el camino).

Volviendo al ejemplo crematístico :-"Dale a tío Pepe, estos 10 euros"-. Si tío Pepe está muy lejos, es posible que el portador del dinero gaste 1,40 euros para coger el metro. Esos 1,40 usados no han desaparecido. Se han dirigido a otro punto. Es decir, la energía será siendo de 10 euros pero ha habido un desgaste en esa energía , lo que ha llevado a que cogiera dos destinos diferentes, por un lado los 8,60 (lo que recibirá Pepe) y por otro los 1,40 que es lo que ha recibido la entidad del transporte.)

Otro ejemplo que también me parece muy clarificador: "después de pasar unos cuantos años en el sol, un fotón emitido en una explosión nuclear de fusión de hidrógeno consigue escapar de la gravedad solar, tarda ocho minutos en llegar a la Tierra, atraviesa la atmósfera, choca contra una piedra incidiendo en un átomo de, vete a saber, silicio, y este átomo transforma el fotón en movimiento, se calienta, o lo que es lo mismo, vibra, y, con la vibración, emite otro fotón. El fotón ha perdido energía saliendo del sol, atravesando la atmósfera, y ahora, otra vez, chocando contra la piedra".

Fuente: http://eltamiz.com/foro/topic.php?id=94

Un tema que deberemos abordar más adelante será el de la electrodinámica cuántica para intentar compreander cómo son estos intercambios de energía átomo-fotón-átomo. Qué carga transportan los fotones, y entender si todos los átomos reciben los mismos fotones o no

¿Cómo se desplaza un fotón? Siempre a la velocidad de la luz. La máxima velocidad de propagación posible en este Universo (según la Teoría General de la Relatividad de Einstein)

¿Cómo se produce un fotón? Como hemos visto, los átomos son los encargados de liberar fotones de luz, pero para que eso pase primeramente alguno de sus electrones debe ser excitado.

Vamos a dejarlo aquí ya que tenemos bastante información que procesar y necesitamos hacernos algunas preguntas. Mi idea para la próxima entrada es acabar de vencer a nuestro Little  John particular acabando de explicar cómo se produce ese fotón. Tocaremos lo que es es el espectro electromagnético, intentando explicar lo que es la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación. Con todos estos deberes hechos ya podremos hablar con el Dr. Planck sin que nos eche de su despacho...

Links recomendados:

* http://www.tendencias21.net/Filmada-por-primera-vez-la-vida-y-muerte-de-un-foton_a1568.html (vida y muerte de un fotón) Trabajo experimental

* http://www.rtve.es/noticias/20101220/juan-manuel-cirac-podemos-pasar-informacion-sitio-a-otro-sin-pasar-enmedio/388404.shtml (audio de RNE. Juan Ignacio Cirac explica la mágia de la Física Cuántica

Bibliografía:

* "El Universo Cuántico" Tony Hey. Alianza Editorial (1989) ISBN 9788420696010

Imagen: Espectro electromagnético (Fuente: es.xkcd.com) Una divertida forma de ver el mapa espectral.