Partículas de luz: ser o no ser

Hablemos de las partículas de luz… Sí, justo esas que desencadenarán la producción de melanina y nos pondrán morenos y atractivos este verano. Es inevitable pensar que las partículas fundamentales, entre las que se encuentran las partículas de luz, son versiones diminutas de cosas simples y comunes como bolas de billar. A nuestro pensamiento vendrán probablemente sencillas formas esféricas compuestas de algún tipo de substancia homogénea con propiedades cuasi triviales. En este contexto, bastaría decir su masa y si acaso, si están rotando o no, para que queden esencialmente caracterizadas y afiladamente descritas. Podríamos también afirmar, por nuestra experiencia diaria, que tener masa es 'ser' y no tenerla es… 'no ser'. Pero, ¿qué ocurre con las partículas de luz? De ellas se dice que no tienen masa. Por tanto, lo que hasta ahora parecía una construcción sumamente razonable colapsa inmisericordemente. ¿Cómo es esto posible? ¿Cómo puede algo (la luz) 'ser' y no tener masa?

La luz nos sirve para ver los objetos materiales, esos que sí que 'son' (o 'están') porque, como hemos afirmado, ya tenían masa previamente. La luz tiene, por tanto, un carácter instrumental. Ahora bien, cuando abunda cobramos consciencia de que posee además el poder de, por ejemplo, calentar nuestro rostro bajo el sol. Hacer eso requiere, sin duda, de energía (calórica). Sin embargo, cuando los objetos materiales se mueven, se dice que también poseen energía (cinética). Por otro lado, según nuestra experiencia diaria, la luz no puede 'mover' cosas materiales (al contrario que aparentemente sí logran los objetos cuando interaccionan entre si). Que se sepa, ningún edificio ha sido derribado por un huracán de luz. En Física, a esta "capacidad de empujar" se le llama, como el lector recordará del colegio, 'momento lineal'. Cuando una cosa empuja a otra, se dice que le 'transfiere momento'. Como decíamos, en nuestro día a día, no observamos que la luz transfiera momento a lo que nos rodea. Sin embargo, esto no es cierto. Sabemos a ciencia cierta (gracias a experimentos muy meticulosos y precisos) que la luz sí 'espolea' la materia, aunque muy débilmente en la mayor parte de los casos. Por lo tanto, si aceptamos que la luz está hecha de partículas, estas parecen tener atributos en todo semejantes a los de sus primas materiales, salvo por el hecho de no tener masa.

Ahora bien, poseer masa, energía y momento lineal es tener, quizás, demasiadas cosas. Para la luz, con dos basta y lo que al principio parecía un problema se torna en una suerte de solución. Las partículas de luz son más sencillas. Es decir, necesitamos afirmar menos sobre ellas para que quede claro cuáles son sus propiedades. El problema no es 'no tener masa' sino 'tenerla' y vernos obligados a explicar esta 'excepción'. ¿Qué era aquella sustancia de la que las partículas materiales estaban hechas y gracias a la cual tenían masa? ¡Eliminar misterios es mejor que crearlos! Hoy en día sabemos que las partículas que tienen masa la tienen gracias a su interacción con el bosón de Higgs. Si este no existiese, todas serían como las partículas de luz: sencillas, sin masa, veloces.

Además, bajo esta ausencia del Higgs, la excepción se convertiría en la norma y estas partículas sin masa podrían seguir chocando las unas con las otras intercambiando parte de su momento lineal y su energía. Todo esto bajo una única condición: que la cantidad de energía y de momento lineal del conjunto de todas ellas permaneciera inalterado. Este principio fundamental está íntimamente ligado con la estructura del espacio y el tiempo. Efectivamente, no hay marcadores o indicadores ni en el espacio ni en el tiempo. Si distinguimos los distintos lugares en el espacio, es porque usamos las cosas que hay en él como referencias. De igual manera, si podemos separar varios momentos en el tiempo es gracias a usar como referencia relojes concretos. Se dice que el espacio y el tiempo son 'homogéneos' y que son las leyes de conservación, derivadas de estas propiedades, las que permiten a las partículas 'ser' (y no el hecho de 'tener masa').

Cabe preguntarse, por tanto, si en un espacio-tiempo curvo, es decir, no homogéneo, las partículas seguirían 'siendo' y, en caso de no ser así, ¿qué quedaría? La Física moderna parece responder a esta pregunta proclamando que los supervivientes son siempre los campos cuánticos y que las partículas no son más que manifestaciones de ellos en los casos gobernados por la simetría espacio-temporal mencionada. Algunos de estos campos son, sin embargo, sumamente exóticos y tienen un carácter tan abstracto como el de asignar un par de números complejos a cada punto del espacio-tiempo. A la pregunta: ¿de qué está hecho el Mundo?, quizá deberíamos contestar que este no está "hecho de cosas" y que esa es una categoría del pensamiento que surge en situaciones muy concretas (cotidianas), pero que no puede ser generalizada. Como vemos, la Física, lejos de resolver todos los misterios nos lleva a lugares donde estos son, si cabe, más profundos todavía.

Piensen en todo esto cuando se tumben plácidamente a tomar el sol este verano.

Salvador Sánchez es doctor en Física y miembro del claustro del Grado en Física en UNIR.