Buit quàntic

En la teoria quàntica de camps, el buit quàntic (o simplement el buit) és l'estat quàntic en la menor energia possible. Generalment no conté partícules físiques. El terme «energia del punt zero» és usat ocasionalment com a sinònim per al buit quàntic d'un determinat camp quàntic.

Concepte

D'acort a lo que s'entén actualment per buit quàntic o «estat de buit», este «no és des de cap punt de vista un simple espai buit», i una atra volta: «és un error pensar en qualsevol buit físic com un absolut espai buit». D'acort en la mecànica quàntica, el buit quàntic no està realment buit, sino que conté ones electromagnètiques fluctuantes i partícules que boten dins i fòra de l'existència, o millor dit, de baixos nivells d'energia.

Segons les modernes teories de les partícules elementals, el buit és un objecte físic, es pot carregar d'energia i convertir en varis estats distints. Dins de la seua terminologia, els físics parlen de buits diferents. El tipo de partícules elementals, la seua massa i les seues interaccions, estan donats pel buit subjacent. La relació entre les partícules i el buit és similar a la relació entre les ones del sò i la matèria per la que es propaguen. Els tipos d'ones i la velocitat a la que viagen varia depenent del material.

Estats del buit

Nosatres vivim en el buit de menor energia, el buit verdader. Els físics han fet arreplega de molts coneiximents sobre les partícules que habiten eixe tipo de buit i les forces que actuen entre elles, a saber: la força nuclear forta, la dèbil i l'electromagnètica. En atres buits, les propietats de les partícules elementals poden ser molt distintes. No sabem quànts tipos de buit existixen, pero la física de partícules sugerix que, a banda del nostre, el buit verdader, hi ha per lo manco atres dos més i en abdós, ni entre les pròpies partícules ni en les interaccions hi ha tanta simetria i diversitat.

El primer d'eixos buits és el buit electrodébil. En ell, les interaccions electromagnètica i dèbil posseïxen la mateixa força i es manifesten com a parts d'una sola força unificada. En este buit, els electrons tenen una massa igual a zero i no li'ls pot distinguir dels neutrinos. Es mouen a la velocitat de la llum i no es vinculen a cap núcleu per a formar àtoms. En tals condicions, per supost, eixe no pot ser el tipo de buit en el que vivim.

L'atre buit és el que postula la teoria de la gran unificació. En ell, els tres tipos d'interaccions entre les partícules estan unificades en un estat simètric en el que els neutrinos, els electrons i els quarks, són intercanviables. Es pot dir casi en tota certea que el buit electrodébil existix, pero este atre buit és més especulatiu. Les teories que prediuen la seua existència són molt atractives, pero requeririen d'energies extraordinàriament elevades de les quals hi ha indicis escassos i molt indirectes.

Cada centímetro cúbic del buit electrodébil conté una gran energia i, gràcies a la relació massa-energia d'Einstein, una enorme massa d'aproximadament dèu mil trillons de quilograms (10²², més o menys, la massa de la Lluna). El buit unificat tindria la pasmosa densitat de 10⁵¹ quilograms per centímetro cúbic. No fa falta aclarir que estos buits mai s'han sintetisat en cap laboratori perque para això es requeririen energies que excedixen en molt la capacitat tècnica dels laboratoris actuals.

Per comparació en estes enormes energies, la del buit verdader, normal, és minúscula. Durant molt temps es va pensar que era exactament igual a zero, pero observacions recents indiquen que el nostre buit té una chicoteta energia positiva equivalent a la massa de cinc àtoms d'hidrogen per metro cúbic.

Dels buits d'elevades energies es diu que són falsos —a diferència del nostre buit, que és el verdader— perque són inestables. A la veta d'un periodo de temps molt breu —normalment una fracció de segon—, un buit fals es descompon i es convertix en un buit verdader i el seu excés d'energia es transforma en una bola de fòc de partícules elementals.

Vore també

• Gran colisionador de hadrones
• Monopol magnètic