Efectos extraños ocasionales de la colisión de luz contra luz

Normalmente, las ondas de luz pueden atravesarse unas a otras sin experimentar resistencia. Según las leyes de la electrodinámica, dos haces de luz pueden coexistir sin influirse mutuamente; simplemente se superponen.

Sin embargo, la física cuántica predice el efecto de la dispersión de luz ejercida por luz. Los láseres convencionales no son lo bastante potentes como para permitir detectarlo, pero se ha observado en un acelerador de partículas del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN). En el fenómeno intervienen unas partículas fantasmales. Estas, denominadas “partículas virtuales”, pueden surgir de la nada durante un breve periodo de tiempo, interactuar con los fotones y cambiar la dirección de estos. El efecto es extremadamente pequeño, pero debe conocerse con precisión para verificar las teorías de la física de partículas mediante los experimentos actuales de alta precisión con muones.

Un equipo integrado, entre otros, por Jonas Mager, del Instituto de Física Teórica adscrito a la Universidad Técnica de Viena en Austria, ha demostrado que un actor previamente subestimado desempeña en realidad un papel importante en esto: se trata de la contribución de los llamados mesones tensoriales.

Cuando los fotones interactúan entre sí, se pueden crear partículas virtuales. Estas no pueden medirse directamente, ya que desaparecen inmediatamente. En cierto sentido, están constantemente presentes y ausentes al mismo tiempo: la física cuántica permite superposiciones de estados que serían mutuamente excluyentes según nuestra comprensión clásica cotidiana.

Aunque estas partículas virtuales no pueden observarse directamente, tienen un efecto medible en otras partículas.

Cuando la luz se dispersa, un fotón puede transformarse, por ejemplo, en un par electrón-positrón. Otros fotones pueden entonces interactuar con estas dos partículas antes de que el electrón y el positrón se aniquilen mutuamente y se conviertan en un nuevo fotón. La situación se complica cuando se crean partículas más pesadas que también están sujetas a la interacción nuclear fuerte; por ejemplo, los mesones, que constan de un quark y un antiquark.

Existen diferentes tipos de estos mesones. Mager y sus colegas han podido demostrar que uno de ellos, el mesón tensorial, ha sido subestimado de manera notable. Mediante el efecto de la dispersión luz-luz, influye en las propiedades magnéticas de los muones, las cuales sirven para hacer comprobaciones sobre el Modelo Estándar de la física de partículas con extrema precisión.

Recreación artística del concepto de luz provocando la dispersión de otra luz mediante partículas virtuales. (Ilustración: © TU Wien)

Los mesones tensoriales sí aparecieron en cálculos anteriores, pero con simplificaciones muy grandes que daban resultados bastante toscos. En la nueva evaluación, su contribución no solo resulta mucho mayor de lo que se suponía, sino que también presenta un signo diferente al que se creía, lo que influye en los resultados en la dirección opuesta.

El estudio se titula “Longitudinal short-distance constraints on hadronic light-by-light scattering and tensor-meson contributions to the muon ????−2”. Y se ha publicado en la revista académica Physical Review Letters. (Fuente: NCYT de Amazings)