Conjugación de carga para niños
En el mundo de la física, la conjugación de carga es como una operación especial que podemos imaginar que se hace sobre las partículas. Consiste en cambiar cada partícula por su antipartícula correspondiente.
Imagina que tienes una partícula con una carga eléctrica. Cuando aplicas la conjugación de carga, esa partícula se convierte en su antipartícula, que tiene la misma masa pero la carga eléctrica opuesta. Por ejemplo, un electrón (con carga negativa) se convierte en un positrón (con carga positiva). Por eso se llama "conjugación de carga", porque las cargas se invierten.
Cuando un sistema de partículas o una situación física se mantiene igual después de aplicar esta operación, decimos que tiene simetría C. Esto significa que el sistema se ve esencialmente igual antes y después de la conjugación de carga. Las fuerzas que conocemos, como la electromagnética, la gravitatoria y la interacción fuerte, respetan esta simetría C. Sin embargo, las interacciones débiles no la respetan; a esto se le llama violación de la simetría C.
Contenido
¿Qué es la conjugación de carga?
Desde un punto de vista más técnico, la conjugación de carga de un estado cuántico (que es como describimos las partículas muy pequeñas) crea otro estado donde algunas de sus propiedades se invierten.
Propiedades que cambian
Cuando aplicamos la conjugación de carga, algunas propiedades de las partículas cambian de signo o se invierten:
- La carga eléctrica.
- El número bariónico y el número leptónico (que son como "contadores" de ciertos tipos de partículas).
- Las cargas de "sabor" (como la extrañeza o el encanto, que son propiedades de los quarks).
Propiedades que no cambian
Otras características de las partículas no se ven afectadas por la conjugación de carga:
- La masa (cuánto "pesa" la partícula).
- El momento lineal (su movimiento en línea recta).
- El spin (una propiedad que se puede imaginar como si la partícula estuviera girando).
La inversión de carga en el electromagnetismo
Las reglas del electromagnetismo (que estudian cómo interactúan las cargas eléctricas y los campos magnéticos) son un buen ejemplo de simetría C. Si cambiamos todas las cargas positivas por negativas y viceversa, y también invertimos la dirección de los campos eléctricos y magnéticos, el comportamiento de las partículas en este nuevo sistema sería exactamente igual al del sistema original. Esto significa que las leyes del electromagnetismo son "invariantes" bajo la conjugación de carga.
Conjugación de carga en el Modelo Estándar
La operación de conjugación de carga es más general que solo invertir la carga eléctrica. Por ejemplo, un neutrino es una partícula que no tiene carga eléctrica, y su antipartícula tampoco. Sin embargo, la conjugación de carga sí afecta a los neutrinos, transformándolos en antineutrinos.
Es importante saber que esta transformación no cambia la "paridad" de las partículas (que es como una propiedad de simetría espacial). Por ejemplo, un neutrino "diestro" (que tiene una orientación específica de su spin) no se convertiría en un antineutrino "diestro" solo con la conjugación de carga.
Combinación de inversiones de carga y de paridad
Durante mucho tiempo, los científicos pensaron que si se aplicaba la conjugación de carga (C) y una inversión de paridad (P) a un sistema, el resultado sería indistinguible del original. A esto se le llamó simetría CP.
Sin embargo, a mediados del siglo XX, se descubrió que en algunos casos, especialmente en las interacciones débiles de ciertas partículas como los kaones y los mesones B, esta simetría CP no se cumplía. A esto se le llama violación CP. Esto significa que el sistema después de las transformaciones C y P no es exactamente igual al original.
A pesar de que la simetría CP no es universal, existe un principio muy importante en física llamado el teorema CPT. Este teorema dice que cualquier sistema que cumpla con ciertas reglas básicas siempre será igual si se le aplican tres transformaciones juntas: conjugación de carga (C), inversión de paridad (P) e inversión de tiempo (T). Esto es cierto incluso si el sistema no es simétrico solo bajo C, P o CP por separado.
Paridad C
La paridad C es una propiedad que describe cómo se comporta un sistema cuando se le aplica la operación de conjugación de carga. Si un sistema es un "estado propio" de la conjugación de carga, significa que al aplicarle esta operación, el sistema vuelve a ser el mismo, pero multiplicado por un número que puede ser +1 o -1. Este número es la paridad C.
Solo los sistemas que son verdaderamente "neutros" en todas sus cargas (es decir, que tienen todas sus cargas cuánticas y momentos magnéticos en cero) pueden tener una paridad C definida. Ejemplos de esto son el fotón y algunas combinaciones de partícula y antipartícula, como el pion neutro o el positronio. El neutrón, por ejemplo, no tiene una paridad C asociada porque, aunque no tiene carga eléctrica, sí tiene un momento magnético.
En un sistema de partículas libres, la paridad C total es el resultado de multiplicar las paridades C de cada partícula. En sistemas más complejos, como un par de bosones o fermiones unidos, también influye cómo se mueven y giran las partículas entre sí.
Véase también
