En el artículo anterior La derecha, la izquierda y el verdadero origen de la masa vimos como en las partículas que forman la materia, llamadas fermiones, el verdadero origen de lo que llamamos masa, a escala cuántica, viene dado por la interacción de la partícula con el campo de Higgs de forma que se produce una oscilación partícula L-antipartícula R y viceversa (en el caso del electrón una oscilación electrón-antipositrón y
viceversa). Heurísticamente hablando, esta oscilación se puede considerar como un nuevo grado de libertad de la partícula que es paralelo a la dirección de movimiento ya que como vimos, en los fermiones, la flecha del spin siempre es paralela a la dirección del movimiento (así obteníamos las partículas R o L dependiendo del si la flecha del spin coincidía con el sentido del movimiento o si apuntaba en sentido contrario).
En este artículo vamos a hablar del resto de las partículas, las que transmiten la interacción entre las partículas de materia: los bosones. Al contrario que en el caso de los fermiones, en los bosones la flecha del spin puede apuntar en cualquier dirección, no solo en la dirección del movimiento de la partícula. Por esto, se dice que los bosones son partículas vectoriales y su spin se puede representar mediante una flecha (un vector) cuya dirección indica la dirección del eje de giro y cuya flecha indica si la partícula tiene spin up (el sentido de giro coincide con la dirección de movimiento de la
partícula) o spin down (el sentido de giro es contrario a la dirección del movimiento de la partícula).
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Fig 1: Las flechas grises indican el sentido de movimiento de la partícula y la flecha grande representa la dirección del spin. En las partículas vectoriales con
spin up (flecha roja) la dirección del movimiento de la partícula y del spin coinciden y en las partículas con spin down (flecha azul) sucede lo contrario.
Al igual que en el caso de los fermiones pusimos como ejemplo más representativo el caso del electrón en este caso hablaremos de los fotones.
El spin del fotón: la polarización
El spin de los bosones (de spin 1) como el fotón tiene un nombre más común: la polarización. Casi todo el mundo ha oído hablar de la polarización de la luz. Es un hecho experimental, que el fotón, que es el cuanto del potencial electromagnético, oscila siempre de forma perpendicular a la dirección del movimiento pero nunca en la dirección del movimiento:
Fig 2: El fotón oscila siempre de forma perpendicular a la dirección del movimiento de forma análoga a como lo hace la radiación electromagnética dipolar
Sin embargo antes habíamos dicho que en las partículas vectoriales como el fotón el spin podía apuntar en cualquier dirección ¿por que en el fotón el spin nunca tiene la misma dirección que la del movimiento de la partícula? Como sabemos el fotón viaja siempre a la velocidad de la luz y como dicta la relatividad nada puede viajar jamás más rápido que la luz en el vacío, ahora imaginemos que el sentido de giro del fotón se pudiera dar en la misma dirección del movimiento de la partícula:
Fig 3
En la imagen tenemos a un fotón desplazándose a la velocidad de la luz en el sentido que indica la flecha gris y girando en el mismo sentido que la dirección del desplazamiento. Entonces tenemos que la "parte inferior" del fotón, indicada por la flecha azul se esta desplazando a una velocidad inferior a la de la luz (se mueve en sentido contrario al movimiento) mientras que la parte superior representada por la linea roja se movería a una velocidad superior a la de la luz algo que está totalmente prohibido por la relatividad. Por esto el fotón JAMÁS oscila en la misma
dirección del movimiento y siempre lo hace como se indica en la figura 2.
Podemos decir entonces que el fotón tiene solo 2 grados de libertad (los 2 transversales a la dirección de movimiento) y que como exigencia de la relatividad el fotón ha sacrificado su grado de libertad longitudinal (el del sentido de movimiento). Pero como vimos en el artículo anterior este grado de libertad perdido es precisamente la masa de la partícula. Esto explica precisamente el verdadero origen de la falta de masa del fotón.