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Viernes 20 de Noviembre de 2020 a las 06:30

Un físico de la URJC desarrolla un novedoso análisis del movimiento de los cuerpos cargados

Un físico de la URJC desarrolla un novedoso análisis del movimiento de los cuerpos cargados Imagen cortesía de Dan Harris y John Bush, MIT

El profesor Álvaro García López, investigador del Grupo de Dinámica No Lineal, Teoría del Caos y Sistemas Complejos, ha utilizado un modelo matemático simple de una partícula cargada que da lugar a fluctuaciones cuánticas. La oscilación resultante permite explicar la existencia de ondas guía asociadas a las partículas electrodinámicas clásicas.

Redacción/Irene Vega

El profesor del área de Física Aplicada de la Universidad Rey Juan Carlos Álvaro García López, perteneciente al Grupo de Dinámica No Lineal, Teoría del Caos y Sistemas Complejos, ha desarrollado un novedoso análisis de la electrodinámica de cuerpos extensos (partículas cargadas eléctricamente) que permite, mediante consideraciones puramente analíticas, demostrar la existencia de autooscilaciones para dichos cuerpos. Los resultados han sido publicados en la revista Nonlinear Dynamics, del grupo Springer.

En el área de Física se ha abierto una línea de investigación relacionada con los fundamentos de la física cuántica, derivando fluctuaciones cuánticas a partir de las leyes del electromagnetismo clásico mediante el uso de herramientas de la teoría de los sistemas dinámicos y los osciladores no lineales. “Cuando una partícula cargada extensa se acelera produce perturbaciones (ondas) electromagnéticas que viajan por el espacio. Si el cuerpo se extiende en dicho espacio, las perturbaciones emitidas por una parte del cuerpo pueden afectar a otras partes del mismo en un instante posterior. Se dice entonces que el cuerpo autointeractúa, de modo similar a como un ser humano puede hablar y escuchar su propia voz a la vez o, por poner otro ejemplo, cuando un nadador da una brazada en el agua y las ondas producidas por el golpe le afectan la forma en que da la siguiente brazada”, explica el profesor Álvaro García López.

Sin embargo, en el caso del campo electromagnético, no se precisa ningún medio de propagación (éter), pues las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío. Ya sea mediante la absorción de energía del propio campo o de campos externos por parte de la partícula, el resultado de estas autoafecciones es el movimiento agitado de la partícula, cuya frecuencia está íntimamente relacionada con la del célebre bamboleo (zitterbewegung, en alemán) de la ecuación de Dirac (ecuación de ondas relativista de la mecánica cuántica formulada por Paul Dirac en 1928). “Siguiendo con la metáfora, podría decirse que la partícula se desmadra de tanto hablar consigo misma, poniéndose a temblar”, añade el profesor de la URJC. El zumbido resultante implicaría que toda partícula tenga asociada una onda guía electromagnética, lo cual resuelve de un plumazo el problema cuántico de la dualidad onda-corpúsculo, que describe cómo un mismo fenómeno puede tener estas características simultáneamente.

Nuevas perspectivas para abordar teorías clásicas de la física

La literatura científica ha demostrado que los movimientos rectilíneos uniformes de un cuerpo cargado pueden ser inestables cuando son ligeramente perturbados. El movimiento de la partícula viene descrito matemáticamente por ecuaciones diferenciales con retardo dependiente de estado, que son muy complejas y se han estudiado poco en relación con otro tipo de ecuaciones diferenciales de la física y las matemáticas. Sus soluciones dan lugar a ciclos límite en el espacio de las fases, que se corresponden con un movimiento oscilatorio violento de las partículas. En el límite de bajas velocidades, las autofuerzas permiten derivar la segunda ley de Newton del electromagnetismo clásico, identificando dichas fuerzas como las fuerzas de inercia. De este modo, la inercia (vis insita) puede entenderse como una fuerza interna de autoinducción electromagnética. Se espera que los presentes resultados permitan abordar una fundamentación de la mecánica cuántica en base a conceptos clásicos de la teoría del electromagnetismo de Maxwell, la teoría de la relatividad general de Einstein y la física no lineal.

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Imagen: polinomio característico del análisis de estabilidad del cuerpo cargado usando una representación de coloración del dominio.
Existen ceros del polinomio (puntos brillantes) con autovalor positivo, lo cual prueba que el reposo de la partícula puede ser inestable.