¿Cuál es la probabilidad de que los quarks aparezcan espontáneamente en el vacío? ¿De dónde viene la energía para crear dichos quarks?

La respuesta es bastante extraña: es imposible crear quark espontáneamente desde el vacío, pero aún así sucede todo el tiempo.

La primera parte de la respuesta es bastante sencilla: no podemos crear algo de la nada y, por lo tanto, no hay forma de que aparezcan quarks de forma espontánea. Sin mencionar que nunca observamos quarks individuales (confinamiento de color).

Pero por otro lado … (y ahora se pone interesante)
Debes haber oído hablar del Principio de incertidumbre de Heisenberg. Probablemente sepa que, cuanto más precisa sea la posición de la partícula, menos podrá decir sobre su impulso. Ahora resulta que esa posición y el momento no son el único par de observables que se comportan de esa manera, también hay (por ejemplo) tiempo y energía.
Entonces, si observamos un período de tiempo muy pequeño, podemos observar grandes fluctuaciones de energía . Tan grande que es suficiente crear un par de (por ejemplo) partícula-antipartícula.
¡Así que aquí están esos quarks creados espontáneamente! Pero su vida útil es tan pequeña como nuestro período de tiempo medido y existen solo virtualmente en la energía prestada del vacío con un rendimiento realmente rápido debido.

Entonces, incluso si los quarks se están creando en el vacío, nunca lo harán lo suficiente como para ser observados.
Eso está en el vacío.
Pero esperamos observarlos en entornos sin vacío:

  • El horizonte de eventos de un agujero negro : de hecho, es la famosa radiación de Hawking. Se crea un par de partículas en el borde del horizonte de eventos del agujero negro. Uno es absorbido por el agujero negro, mientras que el otro se aleja.
  • Bajo campo eléctrico ultraalto : si la energía entregada por el campo es lo suficientemente alta, el par creado espontáneamente puede separarse en lugar de aniquilarse instantáneamente (conocido como efecto Schwinger).
  • Átomo de hidrógeno : el fenómeno conocido como desplazamiento de Lamb. Observamos una diferencia en los niveles de energía de los electrones debido a la interacción con la fluctuación del vacío.

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