lunes, 23 de enero de 2017

Fotones y fotoncitos

La palabra fotón se ha incorporado ya al habla coloquial, y no solo para referirse a fotografías excelentes, sino a "partículas de luz". Sin embargo la comprensión real del asunto dista de estar tan generalizada.

La luz es una onda electromagnética, una oscilación del campo eléctrico y el magnético que se van propagando encadenadas por el espacio, sin necesidad de un medio material. Pero la descripción cuántica de la naturaleza incluye al campo electromagnético, la luz está "cuantizada". Eso quiere decir, entro otras cosas, que hay una cantidad mínima de campo indivisible, un cuanto. A eso es a lo que se llamó fotón.

La disquisición que llevó a siglos de peleas entre científicos sobre si la luz eran ondas o partículas quedó pues zanjada en un extraño empate. La luz está compuesta por unos entes cuánticos que se manifiestan como partículas o como ondas dependiendo del experimento de que se trate. Seguramente "partícula" y "onda" son conceptos que maneja bien nuestro cerebro, que ha evolucionado en contacto con cosas macroscópicas, y tiene que acabar reduciendo a ellos (aunque sea a una mezcla de los dos) el comportamiento observado de esos entes cuánticos.

Todos los fotones no son iguales. Hay una relación directa entre la energía de un fotón (una característica de la partícula) y su frecuencia (característica de onda). Cuanto más alta la frecuencia de una radiación, mayor energía tienen los fotones de que la componen. Y esto es independiente de la energía total de un puso de radiación. Eso es lo que crea confusión en ocasiones. La luz visible está compuesta por fotones de algunos eV (electronvoltios, unidad de energía) mientras que los rayos X los forman fotones de KeV (kilo electronvoltios), mil veces más energético cada uno. Distinta cosa es que podamos tener una potentísima iluminación visible (compuesta por trillones de fotones) o una muy tenue de rayos X. Pero si es visible los fotones son de su energía, y si son RX de la suya.

Esto es importante porque cada tipo de fotón, cada energía, es capaz de hacer unas cosas si y otras no. Tanto efectos físicos (excitar luminiscencia, ionizar gases, etc.) como efectos biológicos. Una metáfora que puede ayudar a entenderlo sería suponer el haz de radiación como un chorro de partículas macroscópicas. En el extremo de los rayos gamma, los de más energía esas partículas serían balas de rifle, los rayos X balas de pistola, el ultravioleta lejano piedras, el violeta pelotas de goma, el rojo pelotas de ping pong, y hacia abajo cosas más sutiles, básicamente bolas de algodón.

Un balazo o una pedrada son biológicamente agresivos, potencialmente mortales. Lo son desde el primer impacto, no hay dosis inocua. En cambio con pelotas de ping pong es muy difícil matar a alguien. No es imposible, te puedes atragantar, te pueden asfixiar enterrado en una piscina de pelotas de ping pong. Pero hacen falta condiciones muy extremas y muchas pelotas (mucha intensidad) o situaciones muy exóticas.

"Radiaciones ionizantes", las compuestas por fotones de alta energía, capaces de producir daño biológico rompiendo enlaces químicos. "Radiaciones no ionizantes", las compuestas por fotoncitos que no tienen energía para producir esos daños por mucha intensidad que haya. Por supuesto que este asunto no agota los efectos biológicos de las radiaciones electromagnéticas, pero es un punto de partida.
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