En la actualidad, muchos físicos aún mantienen una perspectiva clásica, creyendo en la existencia de un mundo externo, independiente y objetivo. No obstante, la mecánica cuántica ha desafiado esta visión, sugiriendo una posible conexión entre la estructura del universo y nuestra percepción o creencias sobre él.

Esto se alinea con la convicción del Premio Nobel de Física Max Planck sobre la omnipresencia de Dios, una “santidad ininteligible” que se manifiesta en el lenguaje de los símbolos. Como le expresó al destacado físico teórico, neuropsicólogo y filósofo de la mente David Bohm:

El universo entero debe considerarse, en un nivel muy preciso, como una unidad única e indivisible en la que las partes separadas aparecen como idealizaciones permisibles solo en un nivel clásico de precisión de descripción. Esto significa que la visión del mundo como análogo a una enorme máquina, la visión predominante entre los siglos XVI y XIX, ahora se muestra solo aproximadamente correcta. Sin embargo, la estructura subyacente de la materia no es mecánica. Esto significa que el término “mecánica cuántica” es en gran medida un nombre inapropiado. Tal vez debería llamarse “no mecánica cuántica”.

¿Qué es la mecánica cuántica?

Esta rama de la física contemporánea está dedicada al estudio de los objetos y fuerzas de muy pequeña escala espacial, es decir, de la materia a nivel del átomo y de las partículas que lo componen, así como los movimientos que las caracterizan. Esta teoría es fundamental para la física porque describe el comportamiento de la materia y la energía en las escalas más pequeñas.

El Comportamiento de la materia a Nivel Cuántico

El comportamiento de la materia a nivel cuántico es bastante diferente al que estamos acostumbrados en el mundo macroscópico.

Aquí te dejo algunos puntos clave:

  1. Dualidad Onda-Partícula: Louis de Broglie propuso que todas las partículas podrían ser tratadas como ondas de materia con una longitud de onda λ, dada por la siguiente ecuación: .
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  2. Modelo Mecánico Cuántico: Erwin Schrödinger propuso el modelo mecánico cuántico del átomo, el cual trata a los electrones como ondas de materia.
    La ecuación de Schrödinger, , se puede resolver para obtener una serie de funciones de onda ψ, cada una de las cuales está asociada con una energía de enlace electrónica.
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  3. Principio de Incertidumbre de Heisenberg: Este principio afirma que no podemos conocer tanto la energía como la posición de un electrón. Por lo tanto, a medida que sabemos con mayor precisión la posición del electrón, sabemos menos sobre su energía, y viceversa1.
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  4. Espín del Electrón: Los electrones tienen una propiedad intrínseca llamada espín, y un electrón puede tener uno de dos posibles valores de espín: espín arriba o espín abajo1.
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  5. Interacciones Cuánticas: En física cuántica, el comportamiento y las magnitudes de estas partículas cambian en función de su interacción con otras partículas, generando lo que se denomina el “principio de incertidumbre de Heisenberg”2.

Relación entre el vacío cuántico y la teoría de Lattice

Esta relación es fundamental en la física de partículas y la comprensión de las fuerzas fundamentales. Revisemos ambos conceptos:

Vacío Cuántico: En la mecánica cuántica, el vacío no es una ausencia total de partículas y energía, sino un estado de mínima energía donde ocurren fluctuaciones cuánticas3. Estas fluctuaciones son cambios temporales en la cantidad de energía en un punto del espacio, lo que permite la creación de pares de partículas y antipartículas que aparecen y desaparecen constantemente4. El vacío cuántico es un mar de estas partículas virtuales y juega un papel crucial en la teoría cuántica de campos.

Teoría de Lattice (Lattice QCD): Lattice QCD (Cromodinámica Cuántica en Red) es un enfoque numérico para estudiar la interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales, que mantiene unidos a los quarks dentro de los protones y neutrones5. Utiliza una red (lattice) de puntos en el espacio-tiempo para simular el comportamiento de los quarks y gluones. La teoría de Lattice ayuda a comprender fenómenos como el confinamiento, donde los quarks no se observan de manera aislada sino siempre en combinación formando hadrones5.

La conexión entre ambos campos se encuentra en cómo la teoría de Lattice QCD utiliza el vacío cuántico para sus simulaciones. Las fluctuaciones del vacío cuántico son esenciales para entender cómo los quarks y gluones interactúan en el nivel más fundamental. La teoría de Lattice permite a los físicos calcular propiedades de las partículas subatómicas y predecir resultados experimentales a partir de los principios de la QCD, teniendo en cuenta las fluctuaciones inherentes al vacío cuántico.

En resumen, el vacío cuántico proporciona el escenario subyacente para las interacciones de partículas en la teoría de Lattice QCD, permitiendo a los científicos explorar y predecir el comportamiento de la materia a nivel cuántico.