3 votos

¿Cómo "saben" las partículas cuándo se descomponen?

Así que, según tengo entendido, en una sustancia que está hecha de elementos radiactivos, la vida media nos dice cuánto tiempo falta para que la mitad de esos átomos decaiga en su siguiente átomo [¿hay un nombre para eso: el elemento o isótopo que es el resultado de una desintegración radiactiva anterior?] Mi pregunta es: ¿existe algún tipo de patrón para saber qué átomos se desintegran en qué momento, o es una propiedad milagrosa de la mecánica cuántica que, de alguna manera, cada átomo sabe cuándo desintegrarse? o es que he entendido mal la desintegración radiactiva?

¿Están las partículas entrelazadas o unidas de alguna otra manera (aparte de sus enlaces moleculares)? Si no hay respuestas conocidas, preferiría cualquier teoría seria y puntera.

7voto

Nick Puntos 583

No hay patrones. Cuando una partícula decae, el momento en que lo hace es absolutamente aleatorio, elegido de la distribución $$ P_{\rm decay}(t\lt T\lt t+dt) = \frac{dt}{t_0}\cdot \exp(-t/t_0) $$ Para $t=t_0$ Al principio del tiempo, cuando sabíamos que la partícula aún existía, la exponencial es igual a uno y vemos que la "probabilidad del decaimiento por unidad de tiempo" es $1/t_0$ . Como la probabilidad de que la partícula siga existiendo disminuye exponencialmente, también lo hace la probabilidad de que decaiga en un momento posterior.

La aleatoriedad del tiempo de desintegración no es más que otro ejemplo de la aleatoriedad que la mecánica cuántica, marco básico de todas las leyes de la física desde 1925, predice para todos los fenómenos de la Naturaleza.

En la descripción más extendida de la mecánica cuántica, la partícula que decae se describe mediante una función de onda. Y esa función de onda evoluciona en una superposición de los componentes no decaídos y (varios) decaídos, y la amplitud de probabilidad (valor de la función de onda) asociada a la partícula no decaída disminuye como $\exp(-t/2t_0)$ . Esta amplitud de probabilidad tiene que ser elevada al cuadrado y el resultado, $\exp(-t/t_0)$ nos da la probabilidad de que la partícula no haya decaído todavía.

Las teorías que intentarían encontrar alguna razón "interna" por la que la partícula decae en un momento dado se denominan "teorías de variables ocultas" y pueden mostrarse incorrectas, ya sea incompatibles con los experimentos sobre la desintegración en este caso, o con los experimentos que respaldan la teoría especial de la relatividad. Así que los físicos tienen que aceptar la aleatoriedad intrínseca de la Naturaleza como un hecho. La aleatoriedad del tiempo de desintegración es un generador aleatorio perfecto de la Naturaleza, que no puede ser engañado ni defraudado.

2voto

accipehoc Puntos 8

¿Existe algún tipo de patrón para saber qué átomos se descomponen y en qué momento, o es una propiedad milagrosa de la mecánica cuántica que, de alguna manera, cada átomo sabe cuándo debe descomponerse?

Los átomos son tontos. No saben nada. La desintegración radiactiva es un proceso sin memoria, un proceso que no depende de la historia. Considere tres átomos de radón 222. Uno fue creado hace un mes (8 vidas medias), otro hace cuatro días (~1 vida media), y el tercero, hace 12 horas (~ 1/8 de vida media). ¿Cuál será el siguiente en decaer? Los átomos no lo saben. Nadie lo sabe; de hecho, nadie puede saberlo. Cada uno de los tres átomos tiene exactamente la misma pequeña probabilidad de desintegrarse en el próximo minuto.

La desintegración radiactiva es el ejemplo canónico de un proceso de Poisson. El conocimiento (o el estado) no es necesario en un proceso de Poisson. El estado estorba. Un proceso de Poisson ideal no tiene estado ni memoria. Aunque hay muchísimos ejemplos de procesos cuya distribución de probabilidad se aproxima a la de Poisson, nada se acerca más a ella que la desintegración radiactiva.

1voto

akhmeteli Puntos 10362

Acabas de leer respuestas razonables de personas con conocimientos, así que ahora sabes que "la desintegración radiactiva... - es completamente apátrida (@Luaan)", "No hay patrones" (@Luboš Motl), y "Los átomos son tontos" (@David Hammen). Sin embargo, hay algo más. Los átomos pueden ser tontos, pero resulta que conocen la mecánica cuántica mucho mejor que nosotros, simples mortales. Así que puede haber aleatoriedad, pero no puede haber una aleatoriedad perfecta. Alguien, Khalfin, demostró hace muchos años que el decaimiento estrictamente exponencial no es compatible con la teoría cuántica, debe haber algunas desviaciones minúsculas, tanto en tiempos muy cortos como en tiempos muy largos. Por favor, vea las referencias al trabajo teórico y experimental en mi respuesta en ¿Significa algo la vida media?

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X