¿Qué son los taquiones?

El mundo de la Física es asombroso y cuanto más nos sumergimos en él, más nos damos cuenta de que el Universo está lleno de misterios que no solo rompen con las leyes que creíamos conocer, sino que representan auténticas paradojas para nuestra mente.

Y, sin duda, uno de los secretos más increíbles es la posible existencia de unas hipotéticas partículas subatómicas llamadas taquiones. A nivel teórico, estas partículas serían cuerpos capaces de moverse a velocidades superlumínicas. Es decir, de viajar a velocidades superiores a la de la luz.

Pero, un momento. ¿Einstein no nos dijo, a través de la teoría de la relatividad, que era imposible que algo viaje más deprisa que la luz? Bueno, más o menos. Lo que nos dijo es que es imposible que un cuerpo supere la frontera de la velocidad de la luz porque necesitaría una energía infinita para atravesar dicha barrera.

Pero, ¿y si hubiera unas partículas que nunca tuvieron que cruzarla? Prepárate para que te estalle la cabeza, porque hoy hablaremos de los fascinantes misterios de los taquiones, unas hipotéticas partículas (no las hemos descubierto ni se espera que podamos hacerlo) que rompen con todos los esquemas y que, a nivel teórico, podrían ser capaces de viajar hacia atrás en el tiempo.

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¿Qué es (hipotéticamente) un taquión?

Antes de empezar, debemos dejar claro que la existencia de estas partículas es puramente hipotética. La posibilidad de su existencia se limita, por ahora, al mundo matemático. Es decir, a nivel físico, su existencia no está, ni mucho menos, confirmada. De hecho, muchos físicos creen que es imposible que existan. Pero vayamos paso a paso.

¿Qué es un taquión? Un taquión es una hipotética partícula subatómica capaz de moverse a velocidades superlumínicas. Es decir, son supuestas partículas subatómicas con la capacidad de viajar a una velocidad más alta que la de la luz, moviéndose así a más de 300.000 km/s.

Estamos ante unas partículas hipotéticas muy extrañas. Seguramente, de lo más extraño que puede encontrarse en el mundo de la física ya que, básicamente, rompen con todas las leyes que creíamos conocer. O, más que romper, juegan con ellas de un modo que creíamos imposible.

Los taquiones serían partículas con una masa imaginaria y una masa cuadrada negativa, incapaces de ir más despacio que la luz, que rompen con el principio de causalidad, que podrían viajar hacia el pasado (viajar hacia atrás en el tiempo se considera imposible) y que no pueden detectarse ya que, al ser más rápidos que ella, la luz nunca los puede alcanzar. Por ello, pese a que en 2012 el CERN creyó descubrir unas partículas más rápidas que la luz, todo resultó ser un error. No podemos verlas y, por lo tanto, su posible existencia es y seguirá siendo un enigma.

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Las partículas condenadas a ser más rápidas que la luz: ¿por qué?

Seguramente, con la definición que te hemos dado de taquión te has quedado igual. Es normal, no sufras. Lo que vamos a hacer ahora es ponernos en contexto. Y para ello, tenemos que retroceder unos años en el pasado. Concretamente, hasta el año 1916, en el que Albert Einstein publica la teoría que cambiaría para siempre la historia de la Física: la Relatividad General.

La Teoría de la Relatividad General afirma que vivimos en un Universo de cuatro dimensiones en el que el espacio y el tiempo, no son absolutos, sino que constituyen un tejido espacio-tiempo capaz de curvarse, lo que explica la naturaleza de los campos gravitatorios. Por lo tanto, la Relatividad General nos dice que todo en el Universo es relativo. Bueno, o casi todo. Hay algo que no.

Estamos hablando de la velocidad de la luz. Lo único constante en el Universo es que la luz, en el vacío, se mueve a 300.000 km/s. Todo lo demás, incluido el espacio y el tiempo depende de cómo se observe. En este sentido, la velocidad de la luz juega un papel fundamental en la física relativista y, por lo tanto, en la mecánica clásica.

Paralelamente, la relatividad de Einstein también nos dice que la masa es energía. Y de ahí viene su célebre fórmula de E=MC² (energía es igual a la masa en reposo multiplicado por la velocidad de la luz al cuadrado). Esta elegante fórmula permite describir, de forma muy sencilla, la naturaleza de la energía en el Universo.

Y de esta fórmula, se desprende uno de los principios más fundamentales de la teoría: nada puede viajar más deprisa que la luz. Y es que la famosa fórmula de Einstein, cuando hablamos de materia en movimiento, debe expandirse de la siguiente forma:

Esta ecuación demuestra que la energía (E) aumenta con la velocidad y que, a medida que la velocidad del cuerpo (v) se aproxima a la velocidad de la luz (c), esta energía tiende hacia el infinito. Nada puede ir más deprisa que la velocidad de la luz porque necesitaríamos una energía infinita para cruzar la frontera de la velocidad de la luz. Y no puede haber una energía infinita. La energía en el Universo es finita.

Pero juguemos con las matemáticas. Si queremos que la velocidad del cuerpo (v) sea más grande que la velocidad de la luz (v), lo único que, a nivel matemático, podemos hacer es que su masa al cuadrado (m²) sea menor que 0. En condiciones normales, la masa al cuadrado de un cuerpo siempre es positiva. Pongamos que pesas (o, más exactamente, tienes una masa de) 70 kg. Pues el cuadrado de tu masa (70 x 70), evidentemente, es positivo. Pero abramos la mente.

¿Qué implica que el cuadrado de la masa de un cuerpo sea negativo? Pues, en primer lugar, una incongruencia matemática. Cuando multiplicas un número por sí mismo, es imposible que salga un número negativo. ¿Hemos llegado, pues, a un callejón sin salida? No. Las matemáticas tienen solución para ello. Abramos todavía más la mente.

Para que la masa al cuadrado sea negativa (y la energía siga existiendo), su masa no puede ser un número real. Tiene que ser un número imaginario. Este número es representado en matemáticas como i, donde la i denota la raíz cuadrada de -1. Esto nos permite hacer la raíz cuadrada de un número negativo. De este modo, los números imaginarios son el producto entre un número real y la unidad imaginaria i.

Y ahora, a nivel matemático, empieza a aflorar la magia de los taquiones. Si presuponemos la existencia de una partícula de masa imaginaria (para entendernos, una masa menor que 0), se abre la puerta a que dicha partícula no solo supere la velocidad de la luz, sino que sea incapaz de ir más despacio.

Cuando pasamos de tener cuerpos con masas cuadradas positivas (la materia normal del Universo) a tratar con cuerpos con masas cuadradas negativas (no sabemos si puede existir en el Universo), todas las fórmulas de la relatividad se invierten. Todo está al revés. Y nos quedamos con está ecuación:

No te obligamos a que lo hagas, pero, a partir de esta fórmula, ahora lo que sucede es que la velocidad de la luz deja de ser una velocidad máxima y pasa a ser una mínima. Es decir, ahora la energía infinita no es lo que se necesitaría para cruzar la frontera de la velocidad de la luz, sino lo que se necesitaría para ir más despacio que la luz.

Estos hipotéticos taquiones, que nacen de la posibilidad matemática de que existan cuerpos con una masa imaginaria (cuyo cuadrado es menor que 0), nunca pueden ir más despacio que la luz. Y, además, se comportan de una forma muy extraña (como si ya no fuera suficientemente extraño): a medida que disminuyen la energía, aumentan de velocidad.

Volvamos por un momento al mundo normal. Tú, cuanta más energía apliques a una pelota al golpearla, más deprisa se moverá, ¿no? Pues si tuvieras una pelota de taquiones (que nunca la tendrás, lo siento), cuanta más energía aplicaras al golpear, más lenta se movería. No tiene ningún sentido, ya. Pero qué esperabas.

En este sentido, solo una energía infinita permitiría ralentizar un taquión por debajo de la velocidad de la luz. Y, como ya hemos dicho, alcanzar una energía infinita es imposible. Los taquiones, pues, están condenados a moverse siempre a velocidades de más de 300.000 km/s. Y no hablamos de cómo el efecto Cherenkov haría que su velocidad tendiera al infinito y su energía, al 0, porque ya nos volvemos todos locos.

Aun así, no se esperan que existan. Y ya no solo porque, al ir más deprisa que la luz, los fotones (las partículas subatómicas responsables de la luz) no podrían alcanzarlos. En otras palabras, “solo los veríamos cuando ya hubieran pasado”. Los fotones no tienen masa, pero es que los taquiones tendrían masa negativa. Sino porque su existencia se desprende de la mecánica clásica.

Y si hablamos de partículas subatómicas, no podemos aplicar las leyes de la relatividad general, sino las de la mecánica cuántica. Y a nivel de Física Cuántica, la existencia de los taquiones no tiene ningún sentido ni siquiera a nivel matemático. ¿Los descubriremos algún día? Quién sabe, pero todo parece indicar que no. Ojalá me callen la boca.

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¿Por qué son tan extraños los taquiones?

El concepto de taquión fue introducido por Gerald Feinberg, físico estadounidense, en un artículo publicado en 1967, aunque ya se había hablado de la posible existencia (a nivel matemático) de unas partículas capaces (condenadas, más bien) de viajar a velocidades superiores a la de la luz.

Y, desde entonces, ha quedado claro que los taquiones son muy extraños. Pero mucho. Y si no te ha parecido suficiente extraño que sean cuerpos de masa imaginaria que, cuanta más energía tienen, más deprisa se mueven (y no pueden ir más despacio que la luz ya que necesitarían un input infinito de energía), no te preocupes. Te traemos cosas más extrañas.

Una de las cosas más extrañas de los taquiones es que violan directamente uno de los principios más fundamentales de la física relativista: el Principio de Causalidad. Y este principio es tan sencillo como que ningún efecto puede ser anterior a su causa. Es decir, si yo muero (efecto) porque me disparas es porque primero has apretado el gatillo de la pistola (causa). No lo hagas, por favor.

Los taquiones se cargan este principio de causalidad. Al invertirse las leyes físicas y viajar más deprisa que la luz, el efecto sería observado antes que la causa. Es decir, la gente vería primero que yo muero (efecto) y luego que tú aprietas el gatillo (causa). En un mundo normal, primero hay una causa y luego un efecto. En un mundo taquiónico, primero hay un efecto y luego una causa. ¿Sentido? Ninguno. Pero da para película.

Y una última cosa muy extraña y para terminar por todo lo alto: los taquiones podrían viajar al pasado. Bueno, más que poder, estarían obligados a hacerlo. En otras palabras, están condenados a huir constantemente del futuro.

Y es que la relatividad general nos dice que, cuanto más te aproximas a la velocidad de la luz, más se comprime el tiempo. Es decir, a más velocidad, más lento avanza tu reloj. Y esto significa que cuanto más cerca estás de la velocidad de la luz, más hacia el futuro te desplazas. Por lo tanto, la relatividad abre la puerta a los viajes al futuro.

Los viajes al pasado son otra cosa. Teóricamente, solo serían posibles si cruzáramos la barrera de la velocidad de la luz. Si consiguiéramos ir a más de 300.000 km/s, dejarías de avanzar por la cuarta dimensión (el tiempo) y empezarías a retroceder en ella. Pero, claro, nada puede ir más deprisa que la luz.

Nada, excepto nuestros amigos taquiones. Al desplazarse a velocidades superlumínicas, técnicamente no podría avanzar en el tiempo, sino que estarían condenadas a retroceder en él. Todos viajamos hacia el futuro, pero estos taquiones viajarían perpetuamente hacia el pasado.

Los taquiones, como quien no quiere la cosa, están viajando al pasado y violando el principio de causalidad. ¿Cómo puede algo que todavía no ha pasado tener lugar en el pasado y afectar al presente y al futuro? Buena pregunta, pero ya hemos avisado de que hablaríamos de cosas extrañas y de que su existencia no está, ni mucho menos, confirmada. Los taquiones son partículas hipotéticas que, existan o no, al menos nos hacen ver lo maravillosas que son las matemáticas y la física.