Maladivulgación: La masa y la energía en El Mundo

Últimamente, la labor "divulgativa" del periódico ABC no para de darme disgustos. (Corrección: El nuevo artículo es en El Mundo. La falta de café...) Si hace unos días fue el Reiki con justificación cuántica, ahora tengo que hablar de algo aún más doloroso. Digo que es más doloroso porque esta vez no hablamos de un chorrartículo de la sección de tendencias, sino de un artículo del Blog El Porqué de las Cosas. El artículo en cuestión se titula, ¿Por qué dijo Einstein que E=mc2? El autor es Antonio Ruiz de Elvira, catedrático en física por la Universidad de Alcalá de Henares, del campo de la Física del Clima. Por desgracia, la Relatividad Especial no es su fuerte. 

El artículo empieza con una explicación bastante esotérica sobre la equivalencia masa-energía. Cuando digo "esotérica" en realidad quiero decir que no hay por donde cogerla. Realmente, pienso que la explicación que da la Wikipedia es mucho más sencilla y clara. Después de la explicación del concepto viene el análisis, que es donde se dicen cosas bastante raras. 

Tenemos el caso de la aniquilación de un electrón y un positrón, o de un protón y un antiprotón. Las fuerzas entre estas partículas aumentan una autentica barbaridad cuando la distancia entre ellas se hace pequeña. Esas fuerzas producen enormes aceleraciones y velocidades próximas a la de la luz. Y cuando se aniquilan entre sí la velocidad se hace cero: La aceleración es la velocidad que han adquirido dividida por el tiempo del choque que es minúsculo: La aceleración es, de nuevo, gigantesca. Una tal aceleración de cargas eléctricas en trayectorias abiertas produce la emisión de una onda de enorme cantidad de energía electromagnética. Pero esa energía debe ser, en buena parte, producto de la aceleración. No sabemos exactamente cuanta de la energía emitida viene de la aceleración y cuanta de la desaparición de las masas, cuya aniquilación no está explicada en detalle, es decir, se afirma: Electrón y positrón desaparecen y en su lugar aparecen dos ondas EM de la longitud de onda de los rayos gamma que desaparecen tambien del lugar como hacen todas las ondas EM una vez emitidas. Pero nadie sabe explicar el mecanismo de la desaparición.  

Vayamos por partes. La aniquilación del electrón y el positrón es un proceso muy conocido, y que se estudia en cualquier curso básico de Física Nuclear, Radiactividad o Física de Partículas. Según el profesor Ruiz no sabemos qué energía viene de la aniquilación (de las masas) y cuál viene de la aceleración. Eso es incorrecto, lo sabemos perfectamente desde hace muchos años. Con simplemente consultar la Wikipedia se puede aprender mucho. En la desintegración electrón-positrón a velocidades bajas ambas partículas (permitidme que use el término "partícula" también para el positrón, aunque sea una antipartícula) suelen formar un estado ligado, llamado positronio, y luego emitan dos fotones. Estos fotones salen siempre en la misma dirección, pero con sentidos opuestos, para que se conserve así el momento lineal y tienen cada uno una energía de 0.511 MeV. ¿Qué obtenemos si multiplicamos la masa del electrón por la velocidad de la luz al cuadrado? Sorpresa, sorpresa, 0.511 MeV. Es decir, que pasamos de tener un electrón y un positrón con una masa de 0.511 MeV/c2 a tener dos fotones de una energía de 0.511 MeV. ¿De dónde proviene la energía de los fotones, de la masa que es exactamente igual o de alguna aceleración desconocida? Ni que decir tiene que esto es sólo un ejemplo, la equivalencia masa-energía ha sido comprobada en infinidad de ocasiones.

Desintegración electrón-positrón para generar dos fotones. Fuente 

Otra conclusión errónea del artículo de ABC El Mundo.

Si la ecuación de Einstein se cumpliese sin más, el electrón debería poder emitir al menos una onda de rayos gamma y desaparecer. Pero esto no lo hace.  El proceso de aniquilación no es la extracción de m(c2) de la partícula, sino un ejercicio complicado de interacción entre dos partículas, aceleración positiva y frenado.

Como ya he explicado en el proceso de aniquilación la energía sí proviene de la extracción de energía de las masas de las partículas, al menos a energías bajas. Por supuesto, puedes hacer colisionar electrones y positrones a altas energías, pero ese es otro tema. Decir que eso no es correcto porque un electrón no se desintegra espontáneamente no tiene sentido. En termodinámica, por ejemplo, el trabajo y la energía son magnitudes equivalentes pero eso no quiere decir que puedas transformar energía en trabajo como quieras. Hay limitaciones igual que las hay en las desintegraciones de las partículas. 

En concreto el electrón no se puede desintegrar en fotones porque hay que cumplir una serie de leyes de conservación. Esto se estudia también en cualquier curso básico de física de partículas. El electrón forma parte de una familia de partículas llamadas leptones, y en cualquier desintegración hay una magnitud, el número leptónico, que se debe conservar. Los fotones tienen número leptónico cero, por lo que para que se conserve necesitamos un electrón (+1) y un positrón (-1). Por este motivo un electrón no puede transformarse espontáneamente en fotones, igual que no podéis transformar el calor íntegramente en trabajo. 

El artículo termina con una reflexión.

El ansia unificadora de algunos físicos es respetable, pero si la siguiesemos el aburrimiento mental sería, realmente, insoportable.

Sinceramente, no sé si hay una teoría unificadora de todas las fuerzas, pero si la hay quiero conocerla.  No puedo concebir que aprender y saber pueda ser nunca aburrido.