Las partículas son de verdad

Por Victor Stenger:
En un artículo de Scietific American de diciembre de 2012, el físico David Tong hizo la siguiente declaración:
Los físicos rutinariamente enseñan que los bloques de construcción de la naturaleza son partículas discretas tales como electrones o quarks. Eso es una mentira. Los bloques de construcción de nuestras teorías no son partículas sino campos: objetos continuos y fluidos que se propagan a través del espacio.
Esto es una total equivocación. Jamás nadie ha observado un campo cuántico. Los campos cuánticos son construcciones puramente matemáticas dentro de la teoría cuántica de campos.
Cada campo cuántico tiene asociado con el una partícula a la que se le llama "el cuanto del campo." El fotón es el cuanto del campo electromagnético. El electrón es el cuanto del campo de Dirac. El bosón de Higgs es el cuanto del campo de Higgs. En otras palabras, como el amor y el matrimonio, no puedes tener uno sin el otro. Los bloques de construcción de nuestras teorías son campos y partículas.
Pero observe que lo que Tong llama "una mentira" es la noción de que los bloques de construcción de la naturaleza son partículas discretas en tanto que los campos son los bloques de construcción de nuestras teorías. Es decir, el está igualando naturaleza con teoría.
Tong está revelando su adherencia a una concepción común que existe entre los físicos teóricos de hoy (Paul Dirac y Richard Feynman, entre otros grandes del siglo veinte, no fueron parte de esa escuela). Es decir, los símbolos que aparecen en sus ecuaciones matemáticas representan la "realidad verdadera" mientras que nuestras observaciones, que siempre parecen partículas localizadas, son sólo la manera en que esa realidad se manifiesta.
La asociación de símbolos matemáticos con la realidad verdadera es precisamente la filosofía que fue propuesta por Platón hace 2, 400 años en su teoría de las formas. El platonismo es más teología que ciencia, y Platón no fue científico. Aseguro que un artesano divino llamado el Demiurgo construyó el cosmos de acuerdo a un plan divino. Existen dos reinos: un reino de las formas o ideas que es perfecto y un reino material en el que estas formas o ideas se replican imperfectamente (Lindberg, p. 36).
Como alguién que pasó 40 años como físico experimental en partículas elementales, llevó una perspectiva diferente. Comencé en los 1960's analizando las imágenes de la cámara de burbujas dónde uno se sienta en una mesa de escanneo y traza las hermosas huellas de las burbujas fotografiadas durante el tiempo en el que el líquido supercaliente dentro de la cámara fue expuesto a un haz de un acelerador.
Jamás se nos ocurrió a mis colaboradores y a mí describir lo que observabamos como algún tipo de campo en un espacio multidimensional abstracto. (Los campos cuánticos no viven en un espacio-tiempo familiar, a pesar de la afirmación de Tong). Interpretábamos los rastros de las burbujas como el efecto de partículas cargadas ionizando los átomos del líquido y produciendo ebulliciones localizadas a lo largo de sus trayectos. Los trayectos eran curvados debido a un magneto externo que producía un campo magnético en el interior de la cámara, y al medir la curvatura de una trayectoria individual el momento de la partícula podía ser determinado. De la tasa en que la partícula disminuye la velocidad como de la pérdida de energía en la inonización podíamos también dseterminar su velocidad y, a partir de estas dos medidas, determinar la energía de la partícula.
Estas mediciones nos permitían detectar la presencia de muchos objetos nuevos, que también llamábamos "partículas", que nunca antes habíamos visto. Algunas eran tan inestables que no vivían lo suficiente para dejar una huella medible en la cámara. Fueron detectadas por la masa faltante calculada a partir de las mediciones de las partículas que sí dejaban huella en un evento completo.
Por ejemplo, suponga que la cámara está llena de hidrógeno y expuesta a un haz de piones de muy ala energía. Entonces observarás la huella de un pión entrando y chocando con un protón del hidrógeno. Eso se llama un "evento". Luego mides los momentos y las energías de las huellas salientes y usas la conservación de la energía y el momento para determinar cualquier masa faltante.
Aunque los detectores que se encuentran en los colisionadores gigantes de hoy, tales como el Large Hadron Collider, son mucho más sofisticados que la cámara de burbujas, operan sobre el mismo principio general. Miden el momento y la energía por la curvatura magnética y la energía depositada.
Y, los trabajadores en el LHC no hablan de colisionar los campos cuánticos de dos protones para medir las longitudes de onda de algunas ondas abstractas oscilando en algún imaginario éter. Ellos hablan de estallar partículas y de medir la partículas que ven salir.
El punto es, aunque nuestras teorías matemáticas se expresan en términos de campos abstractos, lo que siempre medimos se describe mejor como partículas.
Por ejemplo, considere el famoso experimento de la doble rendija. La luz descrita como un campo electromagnético oscilante u "onda" pasa a través de dos rendijas estrechas produciendo un patrón de intensidad sobre una pantalla que se caracteriza por una serie de franjas de "interferencia" brillantes y oscuras igualmente espaciadas y alternantes. La distancia entre las franjas puede ser utilizada para calcular la longitud de onda del campo oscilante.
Sin embargo, si en lugar de la pantalla tienes una colección de fotodetectores sensitivos al nivel de un fotón, detectarás fotones individuales --las partículas que constituyen la luz de acuerdo a la teoría de Einstein del efecto fotoeléctrico de 1905. Es decir, no detectas un campo o una onda. Tú detectas una partícula. El patrón de franjas no aparece hasta que tienes acumulada la distribución estadística de un gran número de fotones. La así llamada "naturaleza ondulatoría" de la luz no es una característica de un único fotón; es una característica del comportamiento de un conjunto de muchos fotones.
Ahora, otras escuelas filosóficas existen junto al platonismo. La mayoría de los experimentadores, si se les arrastra a tener que pensar en un problema filosófico, probablemente dirán que los objetos que observan, a los que llaman partículas, son "reales". Pero entonces, no tienen mejores medios para probar esa afirmación de la que sus colegas teóricos tienen para insistir que solamente los campos son reales.
Los problemas sobre la naturaleza de la realidad son metafísicos. Implican que no hay observaciones que puedan adjudicarse científicamente a los problemas. Si así fuera, serían físicos y no metafísicos. Solamente sé de otras dos maneras por las cuales podríamos determinar la naturaleza de la realidad fuera del reino de la observación: revelación y razón. Dudo mucho que los físicos teóricos crean en la revelación, y los pocos que sí no hacen intentos en aplicarlo  a su trabajo y así evitan la burla de sus colegas.
Eso deja a la razón. Platón, Aristóteles, San Agustin, Santo Tomás de Aquino, Manuel Kant, y muchos otros grandes pensadores de la historia han afirmado que la razón sin la observación es capaz de descubrir verdades acerca del mundo. El problema es, a pesar de los miles de años de tratar, aún no han venido con un sólo ejemplo de tal verdad que haya sido objetivamente verificada.
Nadie duda que la luna es real, y es solamente una partícula cuando se la ve lo suficientemente lejos. ¿De que manera es diferente de un fotón registrado en un fotodetector? Así que, aún si no puedo probarlo, parece razonable que los fotones, electrones, quarks, neutrinos, y bosones de Higgs son de verdad.