domingo, 27 de septiembre del 2020 Fecha
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¿Qué es la Física?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (1)

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¿Es la Física una mercancía?

Leyendo el comentario de nuestro contertulio Tom Wood, termina uno la lectura con la impresión de que, al fin y al cabo, el esfuerzo de los físicos no sirve para mucho aparte de descubrir, de vez en cuando, alguna nueva partícula para añadir al Modelo y, que más o menos accidentalmente, se ha llegado a una descripción que representa adecuadamente todo lo que conocemos hasta el presente y que ha sido aportado a eso que se ha dado en llamar “modelo estándar de la Fisica de Partículas en el que se recogen tres de las cuatro fuerzas y se explican las propuedades de las partícuals y sus interacciones pero, a pesar de todo, deja algunos cabos sueltos.

Después de un buen rato, he tenido que dejar de buscar la situación del gravitón en este cuadro, y, de pronto caí en la cuanta de que, en el Modelo estándar, sólo se incluyen tres de las cuatro fuerzas, por lo tanto, nunca podría encontrar aquí el Gravitón.

Pero, realmente ¿se podrían concluir cosas nuevas de él, algo que no hubiera sido posible conocer por adelantado, una predicción de algo realmente nuevo? Hay veces en las que, toda la fanfarria y parafernalia con la que se presentan algunos “logros”, nos pueden llevar a pensar que, se está tratando de vender algo y, en alguna ocasión, ¡algo que no se tiene!

Las partículas que tenemos hasta ahora empiezan siendo de masa nula. Luego, añadimos una partícula con espín 0, la partícula de Higgs, que hace todo el trabajo pesado. Todas las partículas –Bosones gauge, fermiones y, desde luego, la propia Higgs- deben su masa a la interacción con la Higgs. Hasta hace muy poco tiempo nunca se había detectado la Higgs y, para evitarlo, se construyó esa inmensa máquina de muchos miles de millones de dolores, ya que, todos decían que, el “Campo de Higgs” se sentía por todas partes y, si la partícula de Higgs no estuviera ahí, nuestro modelo sería tan simétrico que todas las partículas parecerían iguales; habría demasiada poca diferenciación. Para que las partículas obtengan sus masas, las simetrías deben ser suficientemente reducidas.

Esto tiene que ver con la conservación de la helicidad, el espín a lo largo del eje paralelo a su movimiento, pero los detalles son demasiado matemáticos y aquí queremos evitar las ecuaciones que no todos comprendemos. Lo que es importante recordar es que todas las partículas deben su masa a las interacciones con el Campo de Higgs.

Pero no es sólo la masa, otras estructuras también surgen en la teoría debido a las muchas formas en la que los fermiones interaccionan con el Campo de Higgs. Esto significa que las masas serán todas diferentes. Además, habiendo tres generaciones, hay sitio suficiente para interacciones que violen la simetría PC, de manera que en el Modelo también se explican las extrañas desintegraciones de la partícula KL en dos piones.

Todos hemos podido ver alguna Tabla de partículas a la que, para completar la serie, añaden una partícula más, la llamada gravitón, que se cree que transmite la interacción gravitatoria. Parece ser una consecuencia inevitable de las teorías de la gravedad y de la mecánica cuántica, y su espín tendrá que ser igual a dos. Nunca ha sido detectada y no esperamos verla en un futuro cercano.

                                                                                   Violación de la Simetría PC

La teoría no predice la masa de las partículas ni la intensidad de sus interacciones básicas, que tienen que ser determinadas experimentalmente. Esto se debe a que los parámetros básicos del modelo son constantes de la Naturaleza no relacionadas.

Si hacemos una lista completa de las constantes, nos encontramos con que hay veinte números que tienen que ser especificados en cualquier descripción matemática del modelo estándar. Muchos de ellos corresponden a las masas, otros describen aspectos de sus interacciones mutuas, tales como las tres constantes de acoplamiento gauge: Tenemos tres tipos de Campo de Yang-Mills gauge, cada uno con sus propias “constantes de interacción”, no los predice la teoría y todos tienen que ser medidos con gran precisión de manera experimental. Por otra parte, unos pocos parecen ser exactamente cero (tales como la “constante cosmológica de acoplamiento”, que describe la extensión a la cual el espacio vacío emite un campo gravitacional). Estos han sido, sin embargo, incluidos en la lista porque, por lo que sabemos, no hay nada en el modelo que las obligue a ser cero.

Independientemente del hecho irrefutable, de que el modelo estándar contiene veinte números de los que no sabemos porque toman los valores que tienen y, en consecuencia, no sepamos cómo obtenerlos a partir de primeros principios, lo cierto es que, el modelo para los físicos, ha resultado ser una herramienta extraordinaria que, a pesar de sus carencias, ha servido y sirve para el trabajo diario y resolver, muchos de los problemas que se plantean y surgen cuando se profundiza en ese mundo microscópico del que aún (y a pesar de lo que digan algunos), sabemos más bien poco que, bien mirado, y, si tenemos en cuenta que la única herramienta inicial para descubrirlo era nuestra Mente, en realidad, tampoco se puede decir que sea poco el avance conseguido desde Demócrito y Empédocles con sus átomos indivisibles y sus cuatro elementos.

                         Los cuatro elemetos de Empédocles

Todas las propiedades de las partículas fundamentales, los hadrones, núcleos atómicos, átomos, moléculas, sustancias, tejidos, plantas, animales, personas, planetas, sistemas solares, galaxias y quizá incluso el universo entero son consecuencia directa del modelo estándar. Y lo que es más, para la mayoría de las propiedades generales no tienen mucha importancia cual sea el valor exacto de esas constantes que aún no se conocen muy bien, tales como la masa de Higgs. Por ejemplo, el efecto de la interacción débil en las propiedades químicas de los átomos que es extremadamente difícil de detectar (debería dar una estructura helicoidal a los átomos de manera que puedan distinguir la derecha de la izquierda).

Claro que, alguna vez le oí a Tom Wood referirse a algunas de estas cuestiones, haciéndonos ver que, algunos, las mencionan como si sus significados sólo fueran cuestiones filosóficas enunciadas de cara al público, cuando, en realidad, en algunas ocasiones, tienen poca importancia práctica que se quiere enmascarar con aquella otra presentación subliminal o metafísica que, desde luego, caen lejos del campos estricto y muy serio (por cierto) de la Física.

File:Dualite.jpg

       La dualidad onda-partícula, en el que se aprecia cómo un mismo fenómeno puede ser percibido de dos modos distintos, fue uno de los problemas filosóficos que planteó la mecánica cuántica. Tratándo sobre mecánica cuántica podríamos hablar de la filosofía de la física pero, nunca de la Física como filosofía.

Nosotros no somos capaces de deducir las propiedades de un escarabajo utilizando el modelo estándar y esto nunca va a cambiar. Imaginemos un examen de la siguiente cuestión:

Calcula el número de segmentos del Aselluz aquaticus a partir del modelo estándar. Se puede utilizar la lista adjunta para la masa de Higgs y los parámetros que violan la CP…

Nunca se podrá resolver tal tipo de problemas, ni es la intención de los Físicos Teóricos sugerir que ellos pueden hacer la labor de los Biólogos o la de los miembros de cualquier otra disciplina que no sea la Física. Lo que afirman es que las fuerzas de la Naturaleza responsables del número de segmentos de esas criaturas son conocidas, pero que el efecto es incalculable. A duras penas somos capaces de calcular los efectos de las fuerzas fundamentales en un simple hadrón tal como el protón (¡los resultados están a menudo desviados más de un cincuenta por ciento!), así que imagínese cuan imposible se hace la complejidad de un sistema formado por los 1022 átomos con la forma de un escarabajo.

Por primera vez, la ciencia logró fotografiar dos átomos vibrando juntos dentro de una molécula mediante un procedimiento en el cual se convirtió a un electrón en un “flash” para la mencionada foto. Ya de por sí el haber podido controlar el electrón para un fin específico abre perspectivas esperanzadoras con respecto a la posibilidad futura de poder controlar los productos químicos y sus reacciones a escala atómica.

Siguiendo las leyes de la mecánica cuántica, resulta que el cálculo de las propiedades de dos átomos juntos es muchísimo más complicado que el de un solo átomo y que las propiedades de la mayoría de los átomos son enormemente más difíciles de calcular que las del átomo más sencillo, el del hidrógeno.

Entender las fuerzas involucradas en nuestro Modelo Estándar es importante porque entonces también sabremos cuales son las leyes generales a las que obedecen estrictamente. Tenemos las leyes de conservación de la energía, de conservación del momento e incluso de conservación de la información; ésta última implica que los llamados fenómenos paranormales tendrán que ser explicados en términos de la física ordinaria, biología, psicología y así sucesivamente, pero si no se dan explicaciones realistas, estos temas no podrán ser de ninguna forma compatibles con todo lo que sabemos del modelo estándar, del que por cierto, nos que ¡tanto por saber!

No pocas veces la física nos puede parecer similar a uno de esos cuadros abstractos en los que, en un revoltujo incomprensible, aparecen figuras y colores que, la gente corriente no sabe como encajar y, tampoco alcanzar a poder ver la belleza allí presente, si, en realidad hay alguna.

Amargamente, y algo desalentado y hasta con una pizca de desesperación, oímos los lamentos de nuestro amigo Tom Woos que, comienza su largo comentario con:

“Introducir masa desde afuera; masa impropia como digo yo, no es nada nuevo y cada época lo ha hecho con los conocimientos físicos que poseía. Y lo desecho al entrar en contradicciones insalvables, con los nuevos conocimientos que vinieron. Primero para explicar la masa inercial de un cuerpo ordinario, los que tropezamos a diario, los que se usan para las demostraciones escolares. Después para explicar la masa y la interacción de los cuerpos del sistema solar. Posteriormente cuando ya no había discusión sobre la existencia del sistema solar y su mecánica de movimiento y se generalizaron los conocimientos físicos a todo el universo; tampoco en hombre se pudo explicar racionalmente, desde la física, físicamente, que era la masa, que es la inercia, que relaciona en lo profundo la masa y la gravedad.

El problema es el desespero, la enorme frustración científica que esto provoca en la sicología de un físico. Por eso tanta euforia, tanto fanatismo, por nada; es el deseo acumulado por anos. Por la normal aparición de un animal mas en el zoológico. Que los científicos dicen que es el traficante de masa y los periodistas informaron todo los que les vino en gana. Se vendieron como pan caliente, casi un complot científico-mediático.”

En mucho de lo que dice, lleva toda la razón…

emilio silvera