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Lo único que no resulta ser lo mismo cuando se mira a través a través del microscopio (o, en la jerca de la física teórica, cuando se realiza una transformación de escala) es la masa de la partícula. Esto se debe a que el alcance de la fuerza parece mayor a través del microscopìo y, por lo tanto, la masa de la partícula parece ser menor. Nótese que esta situación es la opuesta a la que se presenta en vida corriente donde un grano de arena parece mayor -¿más pesado, por lo tanto?- cuando se observa con un microscopio.

                                             Granos de arena vistos al microscopio

Una consecuencia de todo esto es que en una teoría de Yang-Mills el termino de masa parece desaparecer cuando se realiza una transformación de escala, lo que implica que a través del microscopio se recupera la invariancia gauge. Esto es lo que causa la dificultad con la que se enfrentó Veltman. ¿Se puede observar directamente el potencial vector de Yang-Mills? Parece que puede observa4rse en el mundo de las cosas grandes, pero no en el mundo de lo pequeño. Esto es una contradicción y es una raz´`on por la que ese esquema nunca ha podido funcionar adecuadamente.

En 2009, la empresa canadiense D-Wave Systems, conjuntamente con la NASA, desarrolló un ordenador cuántico de 128 cubits. Rainer contiene 128 dispositivos físicos (pequeños aros de metal niobidio) que a muy baja temperatura actúan como sistemas cuánticos con dos niveles (es decir, cubits) como consecuencia de la superconductividad.

Mas Info: http://documentales.portaldeblogs.com/los-ordenadores-cuanticos#ixzz1zugN3ffl

¡Había una salida! Pero ésta procede de una rama muy diferente de la física teórica, la física de los metales a muy bajas temperaturas. A esas temperaturas, los “fenómenos cuánticos” dan lugar a efectos muy sorprendentes, que se describen con teorías cuánticas de campos, exactamente iguales a las que se utilizan en la física de partículas elementales. La física de partículas elementales no tienen nada que ver con la física de bajas temperaturas, pero las matemáticas son muy parecidas.

En algunos materiales, el “campo” que se hace importante a temperaturas muy bajas podría ser el que describe cómo los átomos oscilan alrededor de sus posiciones de equilibrio, o el que describe a los electrones en este tipo de material. A temperaturas muy baja nos encontramos con los “cuantos” de esos campos. Por ejemplo, el “fonón” es el cuanto del sonido. Su comportamiento recuerda al fotón, el cuanto de la luz, salvo que los números son muy diferentes: los fonones se propagan con la velocidad del sonido, a cientos o quizá miles de metros por segundo, y los fotones lo hacen a la velocidad de la luz que es de 300.000 km/s, ¡aproximadamente un millón de veces más deprisa! Las partículas elementales en las que estamos interesados generalmente tienen velocidades cercanas a las de la luz.

El fonon es la partícula elemental del sonido, como el foton lo es en la luz..

Uno de los “fenómenos cuánticos” más espectaculares que tienen lugar en los materiales muy fríos es la llamada superconductividad, fenómeno consistente en el hecho de que la resistencia que presenta ese material al paso de la corriente eléctrica se hace cero. Una de las consecuencias de ese estado es que el material no admite la más mínima diferencia de potencial eléctrico, porque ésta sería inmediatamente neutralizada por una corriente eléctrica “ideal”. El material tampoco admite la presencia de campos magnéticos porque, de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, la creación del campo magnético está asociada con una corriente eléctrica inducida, que al no encontrar resistencia neutralizaría completamente el campo magnético. Por lo tanto, en el interior de un superconductor no se puede crear ni un campo electrónico ni magnético. Esta situación sólo cambia si las corrientes inducidas son muy elevadas, como ocurre cuando se somete el superconductor a los campos de imanes muy potentes y que perturban el material. No siendo capaz de resistir una fuerza tan brutal, pierde la superconductividad y se rinde permitiendo la existencia de un campo magnético en su interior.

Superconductividad_3
           El imán de neodimio flota gracias a su superconductividad.

¿Pero, qué tiene que ver un superconductor con las partículas elementales? Bien, un material superconductor se puede entender como un sistema en el cual el campo electromagnético es un campo de muy corto alcance. Está siendo apantallado y, sin embargo, es un campo de Maxwell, un campo gauge. ¡Esto es lo que hace interesante un superconductor para alguien que quiera describir la interacción débil entre partículas como una teoría gauge! ¡Qué característica tan bella de la física teórica! Se pueden comparar dos mundos completamente diferentes simplemente porque obedecen a las mismas ecuaciones matemáticas.

¿Cómo funciona un superconductor? La verdadera causa de este fenómeno peculiar la descubrieron John Bardeen, Leon N. Cooper y John R. Schrieffer por lo que recibieron el premio Nobel en 1972). Los electrones de un trozo sólido de material tienen que reunir al mismo tiempo dos condiciones especiales para dar lugar a la superconductividad: la primera es apareamiento y la segunda condensación de Bose.

“Apareamiento” significa que los electrones forman pares y actúan en pares, y los que producen la fuerza que mantiene los pares unidos son los fonones. En cada par, los electrones rotan alrededor de su propio eje, pero en direcciones opuestas, de manera que el par (llamado “par de Cooper”), en su conjunto, se comporta como si no tuviera rotación (“momento angular”). Así, un par de Cooper se comporta como una “partícula” con espín 0 y carga eléctrica -2.

La “condensación de Bose” es un fenómeno típicamente mecánico-cuántico. Sólo se aplica a partículas con espín entero (bosones). Al igual que los lemmings, los bosones se agrupan juntos en el estado de menor energía posible, Recuérdese que a los bosones les gusta hacer a todos la misma cosa. En este estado todavía se puede mover, pero no pueden perder más energía y, en consecuencia, no sufren ninguna resistencia a su movimiento. Los pares de Cooper se mueven libremente, de manera que pueden crear corrientes eléctricas que no encuentran ninguna resistencia. Un fenómeno parecido tiene lugar en el helio líquido a muy bajas temperaturas. Aquí los átomos de helio forman una condensación de Bose y el líquido que forman puede fluir a través de los agujeros más pequeños sin la más mínima resistencia.

                                  Condensado de Bose

Como los electrones por separado tienen espín ⅟₂ no pueden sufrir una condensación de Bose. Las partículas cuyo espín es igual a un entero más un medio (fermiones) tienen que estar en estados cuánticos diferentes debido al principio de exclusión de Pauli. Esta es la razón por la que la superconductividad sólo se puede producir cuando se forman pares. Sí, comprendo que estas afirmaciones le sugerirán varias preguntas y me disculpo por adelantado, pero de nuevo he traducido fórmulas a palabras, lo que implica que el razonamiento pueda parecer poco satisfactorio. ¡Simplemente tome esto como una cierta “lógica cuántica” difícil de manejar! Fueron el belga François Englert, el americano Robert Brout y el inglés Peter Higgs los que descubrieron que la superconductividad podría ser importante para las partículas elementales. Propusieron un modelo de partículas elementales en el cual partículas eléctricamente cargadas, sin espín, sufrían una condensación de Bose. Esta vez, sin embargo, la condensación no tenía lugar en el interior de la materia sino el vacío. Las fuerzas entre las partículas tenían que ser elegidas de tal manera que se ahorrara más energía llenando el vacío de estas partículas que dejándolo vacío. Estas partículas no son directamente observables, pero podríamos sentir el estado, en cuyo espacio y tiempo están moviéndose las partículas de Higgs (como se las conoce ahora) con la mínima energía posible, como si el espacio tiempo estuviera completamente vacío.

                                                Imagen: emiliosilveravazquez.com

Haber encontrado el bosón de Higgs puede resolver el misterio de la composición de masa de todos los objetos. Esta masa está presente en las partículas subatómicas y sin ellas la materia sólida no podría existir. El bosón de Higgs está relacionado a un campo energético, que se llama el campo de Higgs, el mismo que está presente en todo el universo de igual forma como el agua inunda una piscina. Es formando parte de ese campo, que las diversas partículas, como los protones, neutrones, electrones y otras, adquieren su masa. Las partículas más pequeñas encuentran menos dificultades para desplazarse, y las más grandes lo hacen con mayor dificultad. De todas las maneras, quedan muchas por explicar. Fandila nos prguntaba que, ¿de dónde adquiere su masa el mismo Bosón de Higgs?

Las partículas de Higgs son los cuantos del “campo de Higgs”. Una característica de este campo es que su energía es mínima cuando el campo tiene una cierta intensidad, y no cuando es nulo. Lo que observamos como espacio vacío no es más que la configuración de campo con la menor energía posible. Si pasamos de la jerga de campos a la de partículas, esto significa que el espacio vacío está realmente lleno de partículas de Higgs que han sufrido una condensación Bose”.

Este espacio vacío tiene muchas propiedades en común con el interior de un superconductor. El campo electromagnético aquí también es de corto alcance. Esto está directamente relacionado con el hecho de que, en tal mundo, el fotón tiene una cierta masa en reposo.

Y aún tenemos una simetría gauge completa, es decir, la invariancia gauge no se viola en ningún sitio. Y así, sabemos cómo transformar un fotón en una partícula “con masa” sin violar la invariancia gauge. Todo lo que tenemos que hacer es añadir estas partículas de Higgs a nuestras ecuaciones.

 

 

La razón por la que el efecto de invariancia gauge en las propiedades del fotón es tan diferente ahora es que las ecuaciones están completamente alteradas por la presencia del campo de Higgs en nuestro estado vacío. A veces se dice que “el estado vacío rompe la simetría espontáneamente”. Esto no es realmente correcto, pero el fenómeno está muy relacionado con otras situaciones en las que se produce espontáneamente una rotura de simetría.

Higgs sólo consideró campos electromagnéticos “ordinarios”, pero, desde luego, sabemos que el fotón ordinario en un vacío auténtico no tiene masa en reposo. Fue Thomas Kibble el que propuso hacer una teoría de Yang-Mills superconductora de esta forma, simplemente añadiendo partículas sin espín, con carga de Yang-Mills en vez de carga ordinaria, y suponer que estas partículas podían experimentar una condensación de Bose. Entonces el alcance de las interacciones de Yang-Mills se reduce y los fotones de Yang-Mills se convierten en partículas con espín igual a 1 y masa distinta de cero.

La discontinuidad manifiesta junto con la invariancia de escala (autosemejanza), que presenta la energía de las fluctuaciones del vacío cuántico. Las consecuencias de la existencia del cuanto mínimo de acción fueron revolucionarios para la comprensión del vacío. Mientras la continuidad de la acción clásica suponía un vacío plano, estable y “realmente” vacío, la discontinuidad que supone el cuanto nos dibuja un vacío inestable, en continuo cambio y muy lejos de poder ser considerado plano en las distancias atómicas y menores. El vacío cuántico es de todo menos vacío, en él la energía nunca puede quedar estabilizada en valor cero, está fluctuando sobre ese valor, continuamente se están creando y aniquilando todo tipo de partículas, llamadas por eso virtuales, en las que el producto de su energía por el tiempo de su existencia efímera es menor que el cuanto de acción. Se llaman fluctuaciones cuánticas del vacío y son las responsables de que exista un campo que lo inunda todo llamado campo de punto cero.

Algunos físicos proponen una controvertida teoría en la que un extraño tipo de materia, el Singlet de Higgs, se movería hacia el pasado o el futuro en el LHC. ¡Qué imaginación! Claro que, puestos a imaginar…

 

Bien sabido es que mientras más profundizamos en el conocimiento de los secretos del mundo que nos rodea, más interrogantes y misterios sin resolver se nos muestran. Cada vez que abrimos una puerta, llegamos a una habitación que tiene otras muchas por abrir. Es la búsqueda incesante del hombre, su insoslayable afán por saber el por qué, el cómo y el cuándo de todas las cosas.

¿Estaremos entrando en una especie de locura?

Bueno…

 

Por su parte, el científico británico Peter Higgs, de 80 años, que dio su nombre a la llamada “partícula divina” en 1964, afirmó que cree que su Bosón seríaá hallado gracias al Gran Colisionador. “Creo que es bastante probable” dijo pocas horas después de que entrara en funcionamiento el gigantesco acelerador. Y, según parece, se está saliendo con la suya.

Monografias.com

 

De todas las maneras,  estaría bien saber, a ciencia cierta, cómo es el campo de Higgs del que toman la masa todas las partículas, y conocer, mediante que sistema se transfieren la masa, o, si cuando las partículas entran en el campo de Higgs e interracionan con él, es el efecto frenado el que les otorga la masa.

emilio silvera

 

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 7 de julio del 2012 a las 8:34

    Hemos mencionado arriba la teoría gauge y, parece conveniente aclarar que, nos referimosa  cualquiera de las teorías cuánticas de campos creadas para explicar las interacciones fundamentales. Una teoría gauge requiere un grupo de simetría para los campos y potenciales (el grupo gauge).
    En el caso de la Electrodinámica, el grupo es abeliano, mientras que las teorías gauge para las interacciones fuertes y débiles utilizan grupos no abelianos. Las teorías gauge no abelianas son conocidas como teorías de Yang-Mills. Esta diferencia explica porque la electrodinámica cuántica es una teoría mucho más simplem que la cromodinámica cuántica que desciben las interacciones fuertes, y la teoría electrodébil, que es la teoría unificada de las interacciones de´biles y las electromagnéticas. En el caso de la gravedad cuántica, el grupo gauge es mucho más complicado que los grupos gauge tanto de las interacciones fuertes como de las débiles.
    También hablamos aquí de fenómenos que sea dan en metales a muy bajas temperaturas y lo llamamos superconductividad. Ausencia de resistencia eléctrica medible en ciertas sustancias a temperaturas muy próximas a Cero K. Se descubrió en 1911 en el mercurio, se sabe ahora que la supercondcutivad aparece en unos 26 elementos metálicos y en muchos compuestos y aleaciones.
    La temperatura por debajo de la cual una sustancia se vuelve superconductora es llamada temperatura de transición (o temperatura crítica). Se conocen ahora compuestos que muestran superconductividad a temperaturas del nitrógeno líquido.
    Este tema de la superconductividad rerqueriría un buen apartado para sí mismo, toda vez que es complejo y están presentes implicaciones físicas que merecen ser explicadas. Otro día, así se hará.
    En cuanto al Campo de Higgs, mucho se hablará a partir de ahora de estos temas. Se cree que el Campo de Higgs es el respondable de la ruptura de simetría asociado con el Bosón de Higgs. El campo de Higgs puede ser tanto una cantidad escalar elemental como un campo asociado con el estado ligado de dos fermiones. En el Modelo de Wienberg-Salam, se considera como un campo escalar. Ahora, con el descubrimiento del Bosón de Higgs, podremos estar más cerca de saber si, todas estas teorías son correctas o no. Claro que, los campos de Higgs también aparecen en sistemas de muchos cuerpos que pueden ser formulados como una teoría cuántica de campos con un Bosón de Higgs, un ejemplo es la teoría BCS de la superconductvidad, en la que el Campo de Higgs (como decimos arriba) está asociado a un par de Cooper, en ves de con un campo escalar elemental.

    Responder
  2. 2
    julian luque
    el 7 de julio del 2012 a las 17:11

    De todas las maneras,  estaría bien saber, a ciencia cierta, cómo es el campo de Higgs del que toman la masa todas las partículas, y conocer, mediante que sistema se transfieren la masa, o, si cuando las partículas entran en el campo de Higgs e interracionan con él, es el efecto frenado el que les otorga la masa.
                                                           —————————————————–
    emilio silvera

    ——————————————————————————————————————————–

     Amigo Emilio.
    Pregunto, ¿es el efecto frenado una aceleración negativa,? ¿es el mismo efecto de cuando frenamos un coche.?
    ¿Es una aceleración sin mas?.
    Julián Luque.

    Responder
    • 2.1
      emilio silvera
      el 8 de julio del 2012 a las 6:25

      ¡Hola, Jualian!
      Según nuestro contertulio y amigo, Ramón Márquez, las partículas entran en el Campo de Higgs, un lugar que está ocupado por ese “algo” que lo permea todo (todo lo que nos ha dado en llamar “espacio vacío”), y, en su recorrido, al entrar en contacto con ese algo, se ven frenadas y su discurrir se hace más lento, y, es, precisamente esa interacción con “ese algo”, sustancia, nuevo éter, o lo que quiera que pueda ser, lo que le proporciona la masa.
      De alguna manera, más que una aceleración negativa es una desaceleración, toda vez que, las partículas, al entrar en el “Campo de Higgs” se ven frenadas y toman su masa.
      Claro que, estas explicaciones no dejan de ser hipótesis y conjeturas que, están faltas de comprobación. A cualquier físico (el que sea) que le hagas la pregunta, sólo podrá decirte “que no sabe” cómo toman masa las partículas -si es que la toman de alguna parte- el Campo de Higgs en su día, fue puesto ahí “a propósito” (como más tarde se puso la materia oscura) ya que hacía falta cubrir lagunas y tapar huecos y, “ese campo” venía de maravillas para que, el Modelo Estándar, pudiera explicar la masa de las partículas.
      Es todo muy complicado, y, en temas de la mecánica cuántica, es decir, de ese “universo” de lo muy pequeño que queda muy alejado de nuestra vista y sólo presienten nuestros sentidos intuitivos para después, diseñar aparatos e instrumentos con los que poder buscar los objetos que hemos presentido que existen, y, de esa manera, vamos caminando y tratando de desvelar los secretos de la Naturaleza que, no siempre, deja que descorramos el velo que los oculta.
      Un abrazo amigo mío.

      Responder
  3. 3
    julian luque
    el 8 de julio del 2012 a las 18:07

    2
    emilio silvera
    el 10 de junio del 2011 a las 7:27

    Amigo Ramón:
    Cuanto más profundizo en el problema de los campos de Higgs, más convencido estoy de que, las partículas, toman su masa por “tú” efecto frenado que produce ese efecto en las partículas cuando viajan por él y con el roce se produce la fricción que hace que la partícula se quede con parte de la “sustancia” allí presente.
    Tu efecto frenado puede ser uno de esos fenómenos cuánticos desconocidos hasta ahora y que, con el LHC pudiera quedar al descubierto. También pudiera ser que esas partículas de Higgs fuesen los cuantos del “campo de Higgs”. Una característica de ese campo es que tiene energía mínima cuando el campo tiene una cierta intensidad, y no cuando es nulo.                                                                                Lo que observamos como espacio vacío no es más que la configuración de campo con la menor energía posible.
                                  ——————————————————-

     Amigo emilio, y amigo Ramon.

    Sigo pensando que el efecto frenado es una aceleración hacia el centro de cada masa.
    No estoy de acuerdo que la gravedad sea consecuencia de ninguna partícula.(partículas de Higgs).
    Si la esfera del universo va en aumento, el volumen del vacio será mayor en cada momento.
    Si fuese la (partículas de Higgs) la causante de la gravedad, las partículas serian mas diluidas en cada momento, y la gravedad iría disminuyendo.
    El universo es una aceleración constante de vacío, estamos en un universo acelerado, la gravedad es el efecto contrario a la expansión del vacío, por el principio de (causa y efecto).

    Amigo emilio. Le he mandado de nuevo mi escrito de cuando era joven, tengo que mejorarlo.Un hemail, espero le llegue.
    Espero su contestación.

    Julian luque.

    Responder
  4. 4
    emilio silvera
    el 20 de mayo del 2013 a las 7:55

    Estimado amigo:
    Aunque parezca fácil, lo cierto es que, en la bella perspectiva de un Blog, siempre estarán detrás muchas horas de trabajo y un buen Técnico Informático que lo cuide, mientras que, se van contando historias, sucesos y hechos que mantienen viva la imaginación del lector al que hau que proporcionarle, unas veces, cosas que no sabía para mantener despierta su atención y, por la otra, contarle aquellas cosas de las quie siempre oyo hablar pero, hacerle un relato cercano, amable y comprensible que capte su curiosidad.
    El otro ingrediente que debe llevar un blog de este tipo, es un gran amor a la Ciencia y querer divulgarla al comprender que, mucha gente quiere conocer sus secretos y pocos son los que están dispuestos a contarles esas cosas asombrasas que la Naturaleza realiza cada día sin que se de ninguna importancia.
    SAludos.

    Responder
  5. 5
    emilio silvera
    el 18 de junio del 2013 a las 5:29

    Amigo, siempre es reconfortante que el visitante se sienta bien con lo que aquí encuentra. Procuramos que la calidad no decaiga y dar lo mejor que podemos contado de la manera más sencilla que se pueda exponer para el entendimiento de todos los visitantes.
    En cuanto al lugar, no ha sido diseñado por mí, su Autor es Shalafi, el verdadero artífice de ésta página dinámica y asombrosamente sencilla que, no por ello, es menos sugestiva y atractiva en su conformación ideado para facilitar su manejo de manera fácil y, sin embargo, muy completa y con un entramado de alta técnica y amplio conocimiento de la informática.
    Por mí, le daría un premio al autor técnico del lugar que, a muchos como a tí mismo, ha llamado la atención.
    Saludos y gracias amigo.

    Responder

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