¿Qué es la paridad?

En física, la paridad es la medida de si una función de onda es par o impar. La paridad es una de las tres cantidades conservadas en la mecánica cuántica, junto con la energía y el momento lineal. Puede utilizarse para predecir los resultados de las interacciones entre partículas, como la frecuencia con la que un electrón emite fotones cuando es golpeado por la luz.

La paridad es una de las tres cantidades conservadas en la mecánica cuántica.

La paridad es una propiedad de la función de onda que describe la simetría de un sistema físico. Por ejemplo, si tienes un objeto o una onda con una determinada paridad, entonces se verá exactamente igual cuando se refleje en un espejo. Una forma de pensar en ello es imaginar que coges tu mano izquierda y le das la vuelta para que la palma mire hacia fuera en lugar de hacia dentro, como cuando pones las manos una encima de otra y haces lo que parecen orejas de conejo, pero con las palmas apuntando hacia arriba en lugar de hacia abajo. De este modo, te aseguras de que todo lo que te rodea está invertido.

Por sí misma, la paridad no es algo que podamos observar directamente, sino que es algo que los físicos utilizan como parte de sus ecuaciones y modelos de cómo funcionan las cosas a nivel cuántico (lo que significa distancias muy pequeñas). Sin embargo, si medimos algún tipo de interacción entre partículas (como las que interactúan a través de campos magnéticos), existen ciertas reglas que rigen su comportamiento, independientemente de que sus paridades sean pares o impares antes de interactuar entre sí. Estas reglas fueron descubiertas por primera vez por los físicos durante los experimentos llevados a cabo por el CERN en 1952-53; este descubrimiento les llevó a profundizar en la comprensión de estas interacciones más allá de lo que era posible antes de que los ordenadores se convirtieran en herramientas ampliamente accesibles utilizadas por los científicos de hoy en día.

Matemáticamente, la paridad se refiere a la simetría de una función de onda bajo inversión alrededor de su centro de masa.

¿En qué piensa cuando oye la palabra paridad? Quizá piense en un amistoso partido de fútbol de su barrio, o tal vez en un anticuado problema matemático. Pero si está leyendo este artículo, lo más probable es que su primera asociación con la paridad sea algo más científico.

Si preguntáramos a alguien por qué piensa en la paridad en la ciencia, podría decir que es por la forma en que las cosas van mal cuando hay una asimetría entre partículas y antipartículas (como los fotones). Eso tiene sentido: la paridad se utiliza a menudo en física para describir el comportamiento de las partículas subatómicas, y esas partículas constituyen todo lo que nos rodea.

La paridad se conserva para todas las interacciones lineales, como las fuerzas electromagnéticas y gravitatorias.

La paridad se conserva para todas las interacciones lineales, como las fuerzas electromagnéticas y gravitatorias. La paridad también se conserva en las interacciones mediadas por bosones vectoriales, entre los que se encuentran los fotones y los bosones W y Z. Estas interacciones son responsables de la desintegración de las partículas y sus antipartículas.

Si se crea una partícula en una interacción en la que interviene un par partícula-antipartícula, habrá la misma probabilidad de que se cree también su pareja (el 50% de las veces). En este caso, decimos que la paridad se conserva porque si se invierten las cuatro fuerzas fundamentales (fuerza electromagnética, fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil) y se observa lo que ocurre con los pares materia-antimateria en esas condiciones (es decir, cuando se invierten los dos operadores de paridad [P]), se encuentra que todo resulta perfectamente simétrico: ¡la suma total de todos estos procesos da como resultado cero!

Para las interacciones mediadas por bosones vectoriales, la paridad se viola.

La fuerza nuclear débil está mediada por el intercambio de bosones vectoriales. Estos bosones tienen espín 1/2 y, por tanto, son fermiones. En consecuencia, su paridad se viola en las interacciones con otros fermiones.

La conservación de la paridad es importante para la mecánica cuántica.

Entonces, ¿qué hemos aprendido? La paridad es una cantidad conservada que existe en la mecánica cuántica. Puede considerarse como una simetría de las interacciones mediadas por bosones vectoriales. Por ejemplo, si estás interactuando con un campo electromagnético (como la luz del sol), la conservación de la paridad significa que tu interacción debería ser la misma sin importar si la pones boca abajo o no.

La paridad se viola en las interacciones mediadas por bosones gauge, que son partículas asociadas a fuerzas distintas del electromagnetismo, como la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte (pero no la gravedad). Si se interactuara con una de estas fuerzas, al voltear el sistema cambiaría su comportamiento. Por eso los físicos dicen a veces que estas interacciones violan la “invariancia de paridad”.

La conservación de la paridad es importante no sólo para la mecánica cuántica, sino también para la física de partículas y la astrofísica. Por ejemplo, entender por qué las partículas se comportan de forma diferente durante la desintegración beta (un proceso en el que los electrones se convierten en neutrinos) depende de saber si conservan la paridad o la violan.

Conclusión

Esperamos que este post haya servido para explicar el concepto de paridad en la mecánica cuántica. Es importante porque es una de las tres cantidades conservadas y tiene un impacto directo en el comportamiento de muchas partículas en la naturaleza. Si tienes alguna pregunta o comentario, ¡no dudes en ponerte en contacto con nosotros!