BOSONES Y FERMIONES. LAS MARAVILLAS DEL UNIVERSO CUÁNTICO

En mecánica cuántica todas las partículas existentes pertenecen a uno de estos dos grupos: bosones o fermiones. Los bosones se llaman así por el físico indio Satyendra Nath Bose, mientras que los fermiones reciben este nombre en honor al físico italiano Enrico Fermi. Las partículas subatómicas que nos son más familiares (protones, neutrones o electrones, entre otras) pertenecen al grupo de los fermiones, mientras que el ejemplo más célebre de bosón es el fotón, partícula constituyente de la luz visible.

Siguiendo la lúcida explicación que Lisa Randall nos brinda en su interesante obra divulgativa Universos ocultos (Ed. Acantilado, Barcelona 2011), la naturaleza fermiónica de las partículas fundamentales determina muchas de las propiedades de la materia que nos rodea. El principio de exclusión de Pauli, afirma que dos fermiones del mismo tipo nunca se encontrarán a la vez en el mismo lugar. El principio de exclusión es lo que proporciona al átomo la estructura en la que se basa la química. Como dos electrones no pueden estar en el mismo lugar, necesariamente deben estar en diferentes órbitas.

El principio de exclusión es también la razón por la cual no podemos atravesar un objeto sólido o caer hasta el centro de la Tierra. Una pared, nuestro cuerpo o la misma Tierra adoptan la estructura sólida que tienen únicamente porque el principio de exclusión produce la estructura atómica, molecular y cristalina de la materia. Los electrones de la mano, que son los mismos que los de la pared, no tienen adónde ir cuando golpeamos la pared con la mano. Dos fermiones idénticos no pueden estar en el mismo sitio a la vez, de modo que la materia sencillamente no puede colapsarse.

Los bosones, sin embargo, actúan de un modo diametralmente opuesto a los fermiones. No sólo pueden, sino que tienen que encontrarse en el mismo sitio. Si dirigimos un haz de luz donde ya hay luz, éste se comporta de un modo muy distinto a como se comporta la mano en su golpe a la pared. La luz está hecha de fotones, cuya naturaleza bosónica les permite pasar sin problemas a través de la luz, es decir, a través de otros bosones. Dos rayos de luz pueden dirigirse exactamente al mismo punto. De hecho, el láser se basa en esta propiedad. Los bosones en un mismo estado permiten a los láseres producir haces de luz potentes y coherentes. Los superfluidos y los superconductores se benefician también de su naturaleza bosónica. Un ejemplo de las propiedades bosónicas es el condensado de Bose-Einstein, en el que muchas partículas idénticas actúan juntas como una sola, algo que los fermiones, que tienen que estar en sitios diferentes, no podrían hacer nunca. Los condensados de Bose-Einstein son posibles porque los bosones que los componen, al contrario que los fermiones, pueden tener propiedades idénticas.

El viejo profe Bigotini estuvo obsesionado durante años por la posibilidad de atravesar materias sólidas. Podemos afirmar que sólo obtuvo un éxito limitado. Últimamente disfruta atravesando aceitunas con palillos, para introducirlas en sus martinis. Y es que los genios son así, amigos.

Dejemos la vanidad a los que no tienen otra cosa que exhibir. Honoré de Balzac.