La tasa de decaimiento describe cuán rápido disminuye la amplitud de una onda u oscilación con el tiempo. En física, este concepto se aplica desde un péndulo que pierde energía por fricción, hasta el decaimiento exponencial de partículas radiactivas, pasando por la atenuación de ondas electromagnéticas en un medio. Cuantifica cómo un sistema regresa al equilibrio después de ser perturbado.
Historia
El formalismo matemático del decaimiento exponencial se estableció en el siglo XVII, pero su aplicación a la amortiguación de ondas y a la física de partículas se desarrolló durante los siglos XIX y XX, destacando el trabajo de Rutherford sobre la radiactividad.
Cómo funciona
La tasa de decaimiento se expresa típicamente como una constante que aparece en una función exponencial, como A(t) = A₀ e^(-λt), donde λ es la tasa de decaimiento. Un λ mayor implica un decaimiento más rápido. El mecanismo subyacente varía: para oscilaciones mecánicas, suele ser fricción o resistencia del aire; para partículas, son procesos de mecánica cuántica como la emisión espontánea o la inestabilidad nuclear.
En la práctica
Las tasas de decaimiento se utilizan en imágenes médicas (por ejemplo, en tomografías por emisión de positrones), en la datación de artefactos arqueológicos mediante carbono-14, y en el diseño de amortiguadores y sistemas de amortiguación para edificios y vehículos.
Dato curioso
La tasa de decaimiento de un péndulo en el vacío es tan pequeña que puede oscilar durante horas, pero en el aire pierde energía mucho más rápido debido a la resistencia del aire.
Unidades por sistema: SI: per second · CGS: per second · Planck: per planck time · natural: per second
Una piedra cae en un estanque. Los círculos se expanden, se debilitan y pronto desaparecen. Pero si el estanque fuera infinito y el agua perfecta, la perturbación duraría eternamente, desvaneciéndose poco a poco. En física, estos restos que se atenúan se llaman «colas»: viven mucho después de que la onda principal se ha ido.
Un péndulo que pesa unas pocas arenas se balancea sobre un hilo de vidrio finísimo. Sus movimientos son tan débiles que los empujones térmicos de las moléculas de aire parecen un huracán. Pero precisamente ese péndulo es la clave para ver maravillas cuánticas en el mundo de los objetos grandes.
Justo después del Big Bang, en el caldero burbujeante del universo en enfriamiento, como en un vidrio que se solidifica de forma desigual, surgieron tensiones: las más finas grietas de la realidad, las cuerdas cósmicas.
Justo después del Big Bang, el espacio podría haber vibrado por efectos cuánticos, como una cuerda. Al calmarse, esas oscilaciones habrían dejado una marca en la separación de las galaxias — el efecto memoria. La búsqueda de ese eco en los datos de telescopios no dio nada.
Un reloj atómico es un péndulo que late a la frecuencia de la luz. Dentro de una trampa, un ion de aluminio está suspendido, y un láser lo sondea como un diapasón. Si la frecuencia del láser coincide con la frecuencia propia del átomo, este responde. Esa respuesta es la que se usa para calibrar el reloj.
Cuando una partícula se desintegra, no desaparece simplemente: se convierte en un conjunto de otras partículas, y cada transformación tiene su propio guion. Los físicos de la colaboración BESIII han desglosado por primera vez, paso a paso, la rara desintegración del mesón D0: se convierte en dos kaones y dos piones.
La partícula J/psi vive un instante y luego se desintegra en partículas más ligeras, como una cuerda que se rompe y se dispersa en fragmentos. Los físicos de la colaboración BESIII han capturado más de diez mil millones de estas desintegraciones para averiguar qué 'fragmentos' se producen.
Un átomo excitado por la luz devuelve la energía en un instante: emite un fotón. Este proceso se parece a un corredor cansado que se deshace de una carga. Pero si el corredor está en la ladera de una montaña, le cuesta más acelerar. La gravedad actúa sobre el átomo de manera similar: cerca de un cuerpo masivo, el tiempo fluye más lento y el átomo emite de forma distinta.
En la corriente de partículas cargadas que sopla continuamente desde el Sol, a veces se producen ráfagas de radio: señales cortas y potentes en una frecuencia que se puede captar con un receptor de radio común. Hasta ahora no estaba claro cómo se generan exactamente estas señales en esa corriente.
