Teor�a de Hoyos
Existe la posibilidad de que un electr�n salte a estados de energ�a negativa, y la situaci�n se da cuando existe un hoyo en el mar de electrones con energ�a negativa; es decir, si hay un estado vacante en el mar que puede ser ocupado por un electr�n. Cuando el electr�n baja al estado de energ�a negativa, ambos, el electr�n y el hoyo desaparecen, y la energ�a aparece en otra forma; esta se observa como dos veces la energ�a del electr�n original. La energ�a que se observa puede ser en forma de fotones. Los hoyos aparecen en la distribuci�n de energ�as negativas del electr�n, y se revelan como nuevos entes en la teor�a. Debemos tener una interpretaci�n para estos.
De acuerdo con la teor�a de Dirac, la transici�n de los electrones desde estados con energ�a positiva a estados con energ�a negativa es insoslayable. Entonces lo m�as razonable es buscarles una interpretaci�n f�sica a esas transiciones. Dirac plante� la siguiente hip�tesis: la imagen de vac�o es ya no de una regi�n donde no existe nada, sino de una regi�n donde todos los estados con energ�a negativa est�n completamente llenos. Para Dirac la imagen de vac�o m�s razonable es aquella regi�n del espacio que esta en su estado m�s bajo de energ�a posible. Mientras mas se agreguen electrones al estado de energ�a negativa mas baja ser� su energ�a. El estado mas bajo se lograr� cuando todos los estados est�n ocupados. Esta es la imagen de vac�o planteada por Dirac.
Un hoyo en ese mar de energ�a negativa aparece como una part�cula; una part�cula con energ�a positiva, ya que para hacer desaparecer el hoyo debemos agregar energ�a negativa. Podemos ir un poco mas lejos y preguntarnos como se va a mover el hoyo bajo la influencia de un campo electromagn�tico externo. Las ecuaciones de movimiento para una part�cula cargada en un campo electromagn�tico y en estados de energ�a positiva se aplicar�an para una part�cula en estados de energ�a negativa. No existe alg�n argumento para no aplicar estas ecuaciones, en principio podemos usarlas. Existir� diferencia en su trayectoria, y nada m�s.
La diferencia esta en que la segunda se mover�a como lo har�a la primera en el caso de tener la carga el�ctrica opuesta. Entonces los hoyos en un campo electromagn�tico externo se mover�an exactamente como electrones con carga el�ctrica positiva. Un hoyo en los estados de energ�a negativa se mueve como si tuviera una carga el�ctrica positiva; de aqu� que su movimiento corresponde al de una part�cula en estado de energ�a positiva y carga positiva. Resta investigar su masa. La teor�a es completamente sim�trica, por lo tanto lo m�s natural es suponer que la masa de un hoyo sea id�ntica a la masa de un electr�n. Sin embargo Dirac dudo de esta situaci�n porque en aquella �poca la �nica part�cula cargada positivamente conocida era el prot�n. Parece que estaba enterado de la enorme diferencia de masas entre el prot�n y el electr�n, y de la simetr�a entre los estados de energ�a positiva y los estados de energ�a negativa que el mismo estaba proponiendo; aun as� apoyo la idea corriente de que la materia en su totalidad deb�a ser explicada tomando en cuenta �nicamente, como entes cargados, a los electrones y a los protones. Era com�n pensar que s�lo se requer�an dos part�culas, una cargada positivamente y otra cargada negativamente -el prot�n y el electr�n en orden respectivo-. No se requer�a mas, seg�n sentimiento generalizado de la �poca. Pero la naturaleza es mas rica que la imaginaci�n, a veces. La opini�n imperante era que no se requer�an nuevas part�culas para explicar la materia del mundo observable. Lo cual es cierto; pero tambi�n era cierto que estaban mirando cosas que no son usuales o corrientes en este mundo. Por ello Dirac, penso que el hoyo seria el prot�n.
Dirac cedi� a la corriente de opini�n imperante y public� su art�culo sobre la teor�a de hoyos con el nombre de la teor�a de los electrones y protones. R�pidamente encontr� oposici�n a su interpretaci�n; principalmente de parte de los f�sico matem�ticos; H. Weyl, f�sico matem�tico de la Universidad de G�ttingen, por ejemplo. Weyl estableci� categ�ricamente que la teor�a demandaba que la masa del hoyo deber�a corresponder a la masa del electr�n. Y por lo tanto el hoyo ser�a algo no usual y desconocido hasta entonces por los f�sicos. Sin saberlo siquiera sus autores, la antimateria hab�a nacido. Y a Dirac se le iba de las manos un premio N�bel.