lunes, 16 de diciembre del 2019 Fecha
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¡La Luz! ¿Quién puede alcanzarla?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (17)

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¿Por qué la materia no puede moverse más deprisa que la la luz? Bueno, la teoría de la  relatividad expecial lo explica bien y, nos dice de manera clara y precisa por qué, nada en nuestro Universo, puede ir más rápido que la luz. Cuando algo se acerca a la velocidad de c (la velocidad de la luz en el vacío), su masa aumenta a medida que se va frenando.

Fotones que salen disparados a la velocidad de c. ¿Qué podría seguirlos?

Para contestar esta pregunta -como nos decía Asimov-,  hay que advertir al lector que la energía suministrada a un cuerpo puede influir sobre él de distintas maneras. Si un martillo golpea a un clavo en medio del aire, el clavo sale despedido y gana energía cinética o, dicho de otra manera, energía de movimiento. Si el martillo golpea sobre un clavo, cuya punta está apoyada en una madera dura e incapaz de moverse, el clavo seguirá ganando energía, pero esta vez en forma de calor por rozamiento al ser introducido a la fuerza dentro de la madera.

Albert Einstein demostró en su teoría de la relatividad especial que la masa cabía contemplarla como una forma de energía (E = mc2.) Al añadir energía a un cuerpo, esa energía puede aparecer en la forma de masa o bien en otra serie de formas.

En condiciones ordinarias, la ganancia de energía en forma de masa es tan increiblemente pequeña que sería imposible medirla. Fue en el siglo XX (al observar partículas subatómicas que, en los grandes aceleradores de partículas, se movían a velocidades de decenas de miles de kilómetros por segundo) cuando se empezaron a encontrar aumentos de masa que eran suficientemente grandes para poder detectarlos. Un cuerpo que se moviera a unos 260.000 Km por segundo respecto a nosotros mostraría una masa dos veces mayor que cuando estaba en reposo (siempre respecto a nosotros).

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El vacío superconductor

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

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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.

El objetivo de muchos investigadores cuánticos se centra precisamente en conseguir fabricar ordenadores que utilicen nuestro conocimiento en este área. El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado, a través de una reacción química, una molécula magnética capaz de comportarse como una puerta lógica cuántica, algo básico si deseamos construir un ordenador de este tipo, junto a las memorias cuánticas.

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.

¡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

El vacío superconductor II

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

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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.

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.

Claro que, esa, como otras conjeturas sobre los Océanos de Higgs y su dichosa Partícula “repartidora de masa”, no son más que conjeturas que, más adelante, debemos ir comprobando para poder escribirlas con letras de oro en el Libro de la Física, o, por el contrario, desecharlas como se ha hecho con tántas otras ideas y teorías frustradas que nunca llegaron a ninguna parte.

¡Los fotones de Yang-Mills adquieren su masa y el proncipio gauge se sigue cimpliendo! Al principio esta visión no mereció la atención que merecía. Por una parte, la gente penso que el modelo era feo. El principio gauge estaba ahí, pero ya no era el tema central. El “Campo de Higgs había sido puesto ahí “a propósito” y la “partícula de Higgs, en sí misma, no era una “partícula gauge”. Si se admitía esto, ¿por qué no introducir más partículas y campos arbitrarios? Estas ideas se consideraron como simples modelos con los que jugart, sin mucho significado fundamental al que ahora se quiere llegar con el LHC pretendiendo hacer bueno todo aquello y, al menos los físicos, insisten en que, el campo y la partícula están ahí…¡ya veremos en qué queda todo esto! Son muchos los cabos sueltos y las cosas sin explicar.

En segundo lugar estaba lo que se llamó “teorema de Goldstone”. Ya se habían priducido antes modelos de partículas con “rotura espontánea de simetría”, pero para la mayoría de esos modelos, Jeoffrey Goldstone habia probado que siempre contenían partículas sin masa y sin espín. Muchos investigadores, por lo tanto, pensaron que la teoría de Higgs también debía contener esa partícula de Goldstone, sin masa y que esto era un inconveniente porque entre las partículas conocidas no había ninguna partícula de Goldstone. Incluso el propio Goldstone había advertido que el Modelo de Higgs no satisfaccía las condiciones para su demostración, así que no tenía que ser válido para este caso, pero todo el mundo estaba tan impresionado con las matemáticas del teorema que el Modelo de Huggs-Kibble no tuvo éxito durante mucho tiempo.

El bosón de Higgs pretende ser una parte integral de nuestra comprensión de la Naturaleza. Se trata de una partícula que es una excitación de lo que se llama el campo de Higgs. El campo de Higgs impregna todo el espacio y cuando algunas de las partículas fundamentales que viajan a través de este campo adquieren masa (al interaccionar con el Campo dónde, probablemente, ve frenada su marcha y su desplazamiento es más lento debido al medio por el que discurre su viaje). La cantidad de masa que adquieren depende de la fuerza en que interactúan con el campo de Higgs. Algunas particulas, como el electrón adquieren una pequeña masa, mientras que otras adquieren una masa mucho mayor.

Y así, el teorema de Goldstone se utilizó como un “teorema de imposibilidad”: si el espacio vacío no es simétrico, entonces no se puede evitar la presencia de partículas sin masa y sin espín. Ahora sabemos que, en nuestro caso, la letra pequeña invalida el teorema; las partículas de Goldstone se hacen incisibles debido a la invariancia gauge y no son más que las “partículas fantasmas” que encontró Feynman en sus cáculos. Además, debemos recordar que el Mecanismo Higgs no es una auténtica rotura de simetría.

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        Ingenios que quieren entrar en los campos de Higgs

Un aspecto peculiar de esto es que este campo de Higgs que impregna en todo el espacio es parte de lo que llamamos espacio vacío o el vacío. Es sólo su impacto sobre las partículas que viajan a través de él y el bosón de Higgs que podemos observar en el laboratorio. El bosón de Higgs vive por un lapso muy corto de tiempo, así que no lo observan directamente, sino que más bien se observa que las partículas se descompone en y tienen que inferir su existencia a partir de eso. En la teoría actual que tenemos para comprender la naturaleza podemos hacer afirmaciones precisas acerca de qué fracción del tiempo que se desintegra en dos fotones en comparación con dos quarks abajo.

Claro que, algunos, me piden más profundidad en las explicaciones y, no se conforman con pasar por encima de las cuestiones, hay que entrar más en materia y dejar sentados algunos de los parámetros maemáticos que en todo esto están presente, y, para ellos…

Los físicos han buscado al bosón de Higgs por cerca de 50 años porque su descubrimiento completaría el Modelo Estándar de la física de partículas. El bosón de Higgs y su campo asociado explican cómo la simetría electrodébil se rompió justo después del Big Bang, lo que le dio a ciertas partículas elementales la propiedad de la masa. Sin embargo del Modelo Estándar no predice la masa de Higgs, y varios programas experimentales en el LEP del CERN, en el Tevatron de Fermilab y ahora el LHC del CERN habían intentado medir la masa de la partícula.

 

 

En el seminario llevado a cabo hoy en CERN como preludio a la mayor conferencia de física de partículas de este año, el ICHEP2012 en Melbourne, los experimentos ATLAS y CMS presentaron sus resultados preliminares en la búsqueda del Bosón de Higgs. Ambos experimentos observaron una nueva partícula en la región de masa entre 125-126 GeV.

“Observamos en nuestros datos claras señales de una nueva partícula, al nivel de 5 sigma, en la región de masa alrededor de 126 GeV. El impresionante rendimiento del LHC y ATLAS y el gran esfuerzo de mucha gente nos trajo a esta excitante etapa”, dijo la presentadora del experimento ATLAS Fabiola Gianotti, “pero se necesita más tiempo para preparar estos resultados para su publicación”

“Los resultados son preliminares pero la señal 5 sigma alrededor de 125 Gev que estamos viendo es dramática. Ésta es de hecho una nueva partícula. Sabemos que tiene que ser un bosón y es el bosón más pesado que hemos encontrado hasta ahora,” dijo el presentador del experimento CMS Joe Incandela. “Las implicaciones son muy significantes y es precisamente por esta razón que debemos ser extremadamente diligentes en todos nuestros estudios.”

                                       ¿Donde aparece el Higgs en todo esto?

Pues pasemos a hablar de teoría cuántica de campos, en ese tendremos unas densidades lagrangianas que dependerán del campo de cada partícula, dependiendo de su spin será un lagrangiano u otro, por ejemplo para N (a = 1,….N) campos escalares(omito fórmula).

Al buscar el mínimo del potencial (en realidad un extremal de la acción, pero para lo que nos interesa a nosotros serán mínimos) resulta que hay varios posibles (con el mismo valor) pero para que la energía se minimice hace falta fijar un vacío (debido a que el Hamiltoniano depende del potencial y de unos términos positivos que van con las derivadas del campo). Ahora bien, inicialmente nuestra acción podría tener una simetría gauge global, es decir que al efectuar una transformación de un grupo G=SU(n) sobre los campos la acción no cambia, al fijar el vacío la simetría se reduce a un subgrupo H y algunos campos obtienen masa (originalmente ninguno tiene masa), pues bien el teorema de Goldstone lo que dice es que dim(G) -dim(H) campos se quedan sin masa, estos son los bosones de Goldstone.

¿Y el higgs?

Ya llegamos, en el apartado anterior hemos considerado transformaciones globales, pero por ejemplo en electromagnetismo tenemos transformaciones U(1) locales, así que hay que mirar lo que pasa en las transformaciones locales. Lo primero que pasa es que la derivada parcial no preserva los vectores (lo que hemos llamado antes  \psi_a) igual que pasa en relatividad general, al hacer una transformación que depende de las coordenadas la derivada ya no es covariante, así que hay que buscar una covariante para seguir con lo que sabemos (en este caso la transformación se debe a un grupo gauge arbitrario, que no tiene porque ser el de difeomorfismos como en relatividad general. En este contexto aparecen los campos gauge que jugaran un papel similar al de la conexión en relatividad general y en el caso del electromagnetismo el campo gauge es el potencial electromagnético). Ahora al ser transformaciones locales, aparecen campos gauge que por similitud con el electromagnetismo escribiremos el lagrangiano de Yang-Mills \int \mathrm{d}^3 x -\frac{1}{4} F^{\mu\nu a}F_{\mu\nu}^a igual que en el electromagnetismo F depende de los campos gauge, pero debido a que  SU(n) no es abeliano hay un termino extra que tiene que ver con las constantes de estructura del álgebra de Lie, F_{\mu \nu}^a = \partial_\mu A_\mu - \partial_\nu A_\mu +g f^{ajk} A_\mu^j A_\mu^k. Ahora ya vien lo bueno, aparte del lagrangiano de la partícula también tenemos el de Yang-Mills, resulta que debido a la simetría local:

  1. Los bosones de Goldstone desaparecen, es decir no son partículas físicas.
  2. dim(G)-dim(H) campos gauge obtienen masa

Pues eso es el efecto Higgs. Ahora para llegar ya al famoso bosón, en el modelo estandar no se pueden construir terminos de masa para las partículas debido a que no se pueden acoplar adecuadamente para ese propósito los campos de Yang-Mills y las partículas, debido a las simetrías que deben satisfacer (en general el famoso SU(3)\times SU(2) \times U(1) aunque cada campo tendrá una simetría concreta) y ahí es donde entra el bosón de Higgs, ya que el modelo más sencillo para añadir masa es justamente ese, añadir un doblete de campos escalares complejos y al romper la simetría …….. Higgs !!!!

Dos prestigiosos investigadores habñían sugerido de forma independiente que se podían construir modelos realistas dde partículas en los cuales, el sistema de Yang-Mills fuera responsable de la interacción débil y el mecanismo de Higgs-Kibble la causa de su corto alcance. Uno de ellos era el paquistaní Abdus Salam que estaba buscando modelos estéticos de partículas y pensó que la belleza de la idea de Yan-Mills era razón suficiente para intentar construir con ella un modelo de interacción débil. La partícula mediadora de la interacción débil tenía que ser un fotón de Yang-Mills y el mecanismo de Higgs-Kibble la única explicación aceptable para que esta partícula tuviera una cierta cantidad de masa en reposo.

Una simetría puede ser perfecta en el plano de las ecuaciones y resultar rota en el plano de las soluciones. Como decía Weinberg: «Aunque una teoría postule un alto grado de simetría, no es necesario que los estados de las partículas muestren la simetría. Nada me parece tan halagüeño en física como la idea de que una teoría puede tener un alto grado de simetría que se nos oculta en la vida ordinaria».

La teoría que unifica las interacciones electromagnéticas y débil se debe a Glashow, Salam y Weinberg que obtuvieron por ella el Premio Nobel de física de 1979. La dificultad esencial de esta teoría es que los bosones del estado inicial simétrico debían ser de masa nula (masa nula de los bosones de interacción origina una fuerza a gran distancia), mientras que se necesitan bosones intermedios (partículas que originan la fuerza) muy masivos para justificar la interacción débil (corto alcance) . El mecanismo de Higgs, permite resolver esa dificultad, mediante la ruptura espontánea de simetría hace masivos los bosones W y Z (interacción débil) y mantiene nula la masa del fotón (interacción electromagnética).

Los famosos diagramas de Feynaman, nos explican algunos mecanismos de los que se pueden producir (de hecho se producen) en ese misterioso campo de las partículas elementales cuando están presentes en cuertos lugares y se juntas con otros individuos de la especie.

Salam que estaba muy cerca de poder alcanzar la gloria…no llegaba a poder explicar y aplicar las reglas de Feynman y tuvo quer admitir que la teoría parecía estar llena de partículas fantasmas que estaban a punto de estropearlo todo. En estas, llegó el otro investigador, Steven Weinberg, que supo dar un paso más al formular con mucho más detalle un modelo sencillo en el cual indicaba con precisión los campos que existían y cómo podían interactuar. Pero se limitó a los leptones. Weinberg comprendió que, junto al fotón ordinario tenía que haber tres fotones de Yang-Mills pesados:

- Uno cargado positivamente.

- Otro cargado negativamente.

- Otro Neutro.

File:Elementary-particle-interactions-es.svg

                                                                                                     El panorama completo

En lo que se refiere a los fotones cargados, todo el mundo estaba de acuerdo en que estos se necesitarían para describir la interacción débil: serían los famoso bosones vectoriales intermediarios, W+ y W-. De acuierdo con Weinberg, sus masas tenían que ser mayores de 60.000 MeV. Pero solos, estos bosones, vectoriales cargados eran suficientes para explicar todos los procesos de interacción débil que conocían en aquella época.  Que aparte de ellos y del fotón ordinario, y, también se necesita otro componente neutro (Weinberg le llamó Zº) no era evidente en absoluto. Se encontró que la masa del Zº tenía que ser un poco mayor que la de los bosones cargados.

De todo aquello surgió una tería para las interacciones débiles en las cuales jugaban un papel dominante distintos diagramas de Feynman, de los que se podían plasmar un número infinito para mostrar, de manera gráfica, los sucesos que acontecían en aquellos fenómenos de la radiación producida en la interacción débil. Pasado el tiempo y mirado con una mejor perspectiva, es fácil comprender todo aquello pero, en aquellos momentos en que se estaba gestando, las cosas no resultaban tan fáciles.

Monografias.com

Después de todo aquello, se prestó más atención al mecanismo Higgs-Kibble y, algunos, como Veltman fueron muy escépticos con aquellas ideas, y, desde luego, no fue fácil converlo de que pudiéramos llamar vacío a algo lleno de partículas invisibles. ¿No delatarían dijo, su presencia por sus campos gravitatorios? La teoría puede ser formulada de tal manera que esos campos gravitatorios se compensen exactamente con otras partículas invibles o por una contribución misteriosa del propio espacio vacío.

Cómo consigue la Naturaleza enmascarar tan exacta y eficientemente esos factores de la gravedad que no podemos notar nada, es un misterio que continua siendo muy debatido hoy en día. Claro que, todo esto dejará de ser un misterio cuando un día (lejos aún en el futuro), podamos comprender la Gravedad Cuántica.

Miehntras todo esto sucede… ¡Dejémos volar nuestra imaginación! con ideas y teorías como la de los ¡Campos de Higgs! ¡Bosones que, generosos ellos, regalan masas a otras partículas! ¡Materia que no podemos ver pero que, dem manera acérrima, nos empeñamos en que sí está! ¡Fluctiaciones de vacío que rasgan el espacio-tiempo, y, que de vez en cuando, hace surgir nuevos universos! ¡Universos paralelos que nacieron sin vida! ¡Ciclos eternos en el que las cosas se repetin una y otra vez hasta el infinito! ¡Nuevos Big Bangs después del nuestro! ¡Agujeros negros en nuestro universo y, blancos al otro lado, en otro universo. Aquí recoge materia y, allú, la expulsa por el contrario, un Agujero Blanco! ¡Agujeros de Gusano que nos podrían llevar a otras galaxias! ¡El sueño de vencer (mejor burlar) a la velocidad de la luz, ese muro que nos tiene confinados en nuestro pequeño mundo, el Sistema Solar!

Después de leer todo esto, ¿por qué no dedicais aunque sólo sea una hora para pensar sobre ello? Últimamente nos han dicho que aquella partícula que encontraron el el LHC sí era un Higgs pero… ¿El auténtico Bosón de Higgs? Bueno, eso no… es seguro.

emilio silvera

¿Cómo llegó la Vida a la Tierra?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y la Vida    ~    Comentarios Comments (0)

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Los Cometas lo dieron y los cometas se lo llevaron

Carl Sagan

 

Cuando se acerca un cometa a nuestro planeta, los astrónomos y aficionados están pendientes de su paso y los mejores telescopios tratan de capturar su imagen y estudiar sus peculiaridades, su linea de viaje, calculan cuando volverá o si se perderá para siempre. Los astrálogos sacan del suceso los más varipintos resultados y hacen al “pobre” cometa culpable de desgracias y catástrofes. Otros, los que menos ideas puedan tener de lo que un cometa es realmente, lo miran con aprensiòn y piensan que algún cataclismo nos acecha.

 A diferencia de los asteroides que viajan alrededor del Sol en órbitas circulares confinadas al cinturón de asteroides y al plano de la eclíptica, mientras que los cometas lo hacen en órbitas elípticas inclinadas al azar con respecto al plano de la eclíptica. Cuando un cometa se acerca al Sol, el calor solar vaporiza el hielo. Los gases liberados comienzan a brillar, formando una luminosa bola llamada coma. Empujados por el viento solar, estos gases luminosos forman una larga y brillante cola, en uno de los espectáculos más impresionantes que pueden contemplarse en el cielo nocturno.

Más de uno apuesta por el hecho de que, la Vida en el planeta Tierra, fue traída por algún Cometa que impactó con ella en el pasado. Si nos paramos a pensar un poco, caeremos en la cuenta de que, el hecho de que la Biblia sea tan buena lectura reside en que está llena de drama y espectáculo: fuego y azufre, señales en los cielos, diluvios, aguas que se separan, plagas y pestilencias. Si el mundo fue creado hace seis mil años, como muchos cristianos creían en un tiempo (y algunos aparentemente todavía lo creen). Dios habría estado verdaderamente ocupado en dar la forma actual a nuestro mundo, construyendo montañas y océanos, excavando valles, moviendo glaciares…

Cuando los geólogos del siglo XVIII trataron de explicar las montañas y los valles fluviales, los océanos salados y la glaciación, los estratos rocosos y los fósiles en términos de procesos físicos antes que de acción divina, se dieron cuenta de que serían necesarios muchos más de aquellos seis mil años para formar estos accidentes. Está claro que todos los accidentes de la Tierra han sido moldeados poco a poco por cambios sucesivos que se extendieron a lo largo de enormes períodos de tiempo. Son necesariosmuchos millones de años para asentar los sedimentos rocosos y levantar y erosionar las montañas.

Así que, el Diluvio de Noé, la vorágine volcánica y los rayos celestiales deben ser atribuídos a otros ámbitos más naturales que fueron bien explicados por Charles Lyell, en su libro publicado en 1830 con el título de Principios de Geología (el que se llevó Darwin como compañero de viaje en su viaje alrededor del mundo en el Beagle).

Falla Azores-Gibraltar

La Falla de Azores-Gibraltar o Falla transformante de Azores-Gibraltar, llamada también Zona de falla de Azores-Gibraltar, es una gran falla geológica que se extiende hacia el este desde el final del “rift” de Terceira en las Azores, prolongándose hacia el estrecho de Gibraltar hacia el Mar Mediterráneo. Esta forma parte del límite de placas entre la Placa Euroasiática y la Placa Africana. El tramo situado al este del Estrecho de Gibraltar está pobremente estudiado y es habitual considerarlo un límite “difuso”. En algunos puntos cerca de la Península Itálica algunos geólogos creen que la falla conecta con una zona de subducción donde la placa Africana está subduciendo lentamente por debajo de la placa Euroasiática.

Si miramos en retrospectiva, podemos ver que el uniformismo de James Hutton tenía un impulso ideológico: era una reacción contra contra las interpretaciones religiosas de la naturaleza. Al final, ha resultado ser una doctrina notablemente tozuda. La evidencia de catástrófes geológicas y biológicas repentinas fue obvia durante mucho tiempo, y pese a todo fue generalmente ignorada. Quienes llamaban la atención sobre esto tendían a ser llamados charlatanes. Cuando el respetado astrónomo Edmon Halley conjeturó en 1694 que un cometa podría chocar ocasionalmente con un planeta, su sugerencia no mereció ninguna atención. El astrónomo H.A. Proctor fue lo bastante temerario como para proponer que los cráteres de la lunares podrían ser el resultado de impactos de meteoritos.

      Seria raro que encontráramos un objeto espacial sin señales en su superficie

Si contemplamos la fotografía de planetas y lunas, todos, sin ecepción, nos muestran una imagen muy similar a la de la Luna con intensa formación de cráteres debidos a los impactos recibidos de cuerpos provenientes del espacio exterior: Mercurio y Marte proporcionan ejemplos excelentes. Estos cuerpos han conservado el registro de colisiones porque carecen de una atmósfera espesa y tienen poca actividad geológica. Por el contrario, la mayoría de los impactos en la Tierra…

                                                             En este los Dinosaurios lo pagaron muy caro, a nosotros, se nos abrió una puerta

Manicouagan, Canada  El depósito de Manicouagan (lago Manicouagan) también conocido como el “ojo de Quebec”, es un lago anular en Quebec central, Canadá, que está situado dentro de los restos de un antiguo y erosionado cráter del impacto. Hace unos 212 millones de años, un asteroide de 5 kilómetros golpeó allí tierra y causó un agujero gigantecon un ancho de  100km. Ha sido erosionado desde entonces por el paso de glaciares y de otros procesos atmosféricos.

Como podeis observar si mirais las imágenes de aquellos cráteres que se formaron en la Tierra en el pasado lejano, han sido borrados por la erosión. Pero no todos. Al menos veinticinco lugares de impactos han sido positivamente identificados tan sólo en Australia. Estados Unidos tiene una de los cráteres más famosos, próximo a la ciudad de Winslow, en Arizona. Conocido como el Cráter del Meteoro o Cráter Berringer, tiene 1,2 Kilómetros de diámetro, cien metros de profundidad y treinta mil años de antigüedad. Se conocen cráteres mucho más grandes y más viejos. Se sabe que, fue hace entre 4.000 y 3.800 milllones de años, cuando se paso una fase de intensa violencia que creó los cráteres lunares.

                                                                                     Cráter Berringer

El periodo medio de la órbita del cometa Halley es de 76 años, pero no se pueden calcular las fechas con exactitud ya que la garvedad de los planetas mayores altera el periodo del cometa en cada vuelta. La órbita del Halley es retrógrada e inclinada 18 grados respecto de la eclíptica. Y, como la de todos los cometas, altamente excéntrica.El núcleo del cometa Halley mide aproximadamente 16 x 8 x 8 kilómetros. El núcleo del Halley es muy oscuro: su albedo es de sólo 0.03, por lo que es más negro que el carbón y uno de los objetos más oscuros del sistema solar. La densidad del núcleo del Halley es muy baja: unos 0.1 gramos/cm3, indicando que probablemente es poroso, quizá debido a la gran cantidad de polvo que queda después de que los hielos se sublimen.

El Halley es casi único entre los cometas, ya que es a la vez grande y activo, y tiene una órbita regular y bien definida. Ésto lo convierte en un objetivo relativamente fácil para los astrónomos, aunque no es el más representativo de los cometas.

           El cometa Halley volverá a acercarse al Sol en el año 2061. Arriba poemos contemplar el núcleo que, en realidad, es un iceberg en órbita

Se especula con la idea de que el Sistema Solar entero pasó por una intensa fase de bombardeo de grandes meteoritos y que fue debido a la destrucción de una luna o de algún cometa monstruoso. Desde el punto de vista de la vida, después de esta intensa andanada, la Tierra pudo quedar “sembrada” de sustancias orgánicas. Cuando la nave espacial Giotto pasó cerca del Cometa Halley en 1986, mostró un núcleo negro-alquitrán que contenía Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno y Azufre. Los análisis de los granos de polvo que manaban de su parte frontal probaron que hasta una tercerqa parte era material orgánico

El origen de la vida en la Tierra aún esconde secretos para la ciencia. Uno de los puntos de debate es si los bloques de la química de la vida se formaron in situ o si llegaron a bordo de meteoritos. De ser cierta esta segunda hipótesis, sería más fácil explicar cómo surgieron las enormes y complejas moléculas bioquímicas, ya que nuestro planeta se habría encontrado con parte del trabajo hecho, incluyendo componentes posiblemente escasos en la Tierra primitiva. Pero, además, esta siembra de semillas químicas pudo disparar la evolución de la vida no sólo aquí, sino en lugares como Marte, cuya primera infancia fue muy similar a la de la Tierra.

El descubrimiento de que la Tierra sufrió agotadoras andanadas cósmicas hace 3.800 millones de años nos pone delante de un auténtico rompecabezas. Si hay que creer en el registro fósil, la vida estaba floreciendo ciertamente hace 3.500 millones de años, y posiblemente ya hace 3.850 millones de años. Dadas las funestas consecuencias de un impacto importante, ¿podría la vida haber sobrevivido durante el último bombardeo intenso?

         No, no será fácil saber como empezó todo realmente y de dónde procede ese comienzo que tantos han tratado de encontrar

Por desgracia, el rastro de evidencia se acaba precisamente cuando este problema se hace más interesante. Aunque los geólogos han encontrado cristales de zirconio aislados de 4.200 millones de años de antigüedad, y han inferido que algún tipo de corteza sólida debía haber existido en dicha época, las más antiguas rocas intactas encontradas datan de hace 4.030 millones de años. Los procesos geológicos han eliminado casi toda la evidencia de lo que pudio haber sido nuestro planeta antes de hace aproximadamente unos 3.800 millones de años. La Tierra se muestra reacia a ofrecernos secretos de su juventud. Sin embargo, las evidencias indirectas de las condiciones que había antes de hace 3.800 millones de años puiede estar justo debajo (¡incluso dentro!) de nuestras narices.

http://genemol.org/biomolespa/la-molecula-de-adn/nucleo-02.jpg

El ADN humano contiene a 6 mil millones de pares de bases de nucleótidos. Esto hace por lo menos dos metros de cadenas de ADN. Aquellas cadenas tienen que ser almacenadas dentro de ± 6 µ el núcleo clasificado de m de cada célula.: Claramente demasiado grande para caber en el núcleo. Hace falta pues un mecanismo que permita almacenar todo. Este mecanismo debería permitir a ciertas proteínas para tener acceso a las partes específicas del ADN y el puesto en otras partes. Los eucariotas utilizan los nucleosomas. Un nucleosoma está constituido de:± 200 pb de DNA

2 moléculas de histona H2a
2 moléculas de histona H2b
2 moléculas de histona H3
2 moléculas de histona H4
1 molécula de histona H1

                                          Lo cierto es que la Luz  de las estrellas y la mano de la Naturaleza nos trajeron aquí

El ADN de nuestros cuerpos contienen un registro del pasado, porque nuestros genes han sido moldeados por circunstancias ambientales. Aunque el registro genético, como el registro geológico, ha quedado envuelto y oscurecido por los estragos del tiempo, no está completamente borrado. Sonsacando información de los genes, los microbiólogos pueden decir mucho sobre el ancestro universal que pudo haber vivido hace unos 4.000 millones de años, y con esta infromación podemos conjeturar algo sobre las condiciones que imperaban en aquella época. El mensaje que se extrae es una auténtica sorpresa.

Las primeras formas de vida en la Tierra, flotando en la proverbial espuma de los mares primordiales que finalmente dio lugar a los árboles, abejas y humanos, no es sólo un popular concepto darwiniano, sino también una premisa biológica esencial de la que dependen muchos investigadores como parte de las bases de su trabajo.

En el siglo XIX, Charles Darwin yendo más allá que otros, que proponían que podría haber un ancestro común para mamíferos u otros animales, y sugirió que había un ancestro común probablemente para toda la vida del planeta – plantas, animales y bacterias. Un nuevo análisis estadístico lleva esta suposición al banco de pruebas y ha encontrado que no sólo se mantiene a flote, sino que es extremadamente sólida.

¿No era algo obvio, desde el descubrimiento y descifrado del ADN, que todas las formas de vida son descendientes de un único organismo común — o al menos una especie basal? No, dice Douglas Theobald, profesor ayudante de bioquímica en la Universidad de Brandeis y autor del nuevo estudio, detallado en el ejemplar del 13 de mayo de la revista Nature. De hecho, dice: “Cuando me propuse esto, realmente no sabía cuál sería la respuesta”.

 http://2.bp.blogspot.com/_wv5tn24xSmc/TMlTHTMZyTI/AAAAAAAAAZk/k8TxcwYWsPM/s1600/ast.jpg

Imaginémos que pasaba durante la época de intenso bombaredeo cósmico. Todo gran impacto provocaba una gran convulsión global. La magnitud del desbarajuste era mucho peor incluso que el golpe que destruyó a los dinosaurios. En una época tan tadía como 3.800 millones de años, la Luna fue golpeada por un objeto de noventa kilómetros de diámetro, lo que produjo ujna colosal cuenca del tamaño de las Islas Británicas. Varios cataclismos similares han dejado señales en forma de cercos de montañas. Al ser mucho más grande, la Tierra debe haber sufrido docenas de colisiones de esta magnitud, ademásd de algunas otras que eran incluso mayores.

 PROYECTO DON QUIJOTE

¿Cómo poríamos nosotros parar a uno de estos? ¿Como Quijote a los molinos?

Si alguno como el de arriba se nos viene encima, siempre me viene a la memoria la imagen (con los medios que tenemos para poder solucionar el problema hoy) de que parecerémos como Don Quijote queriendo derribar aquellos Molinos con su pobre lanza. ¿Qué podríamos hacer? NADA, sólo pagar las consecuencias.

Podríamos continuar analizando más a fondo las consecuencias de lo que, un impacto de esta índole podría producir en la Tierra. Un cuerpo impactante de 500 kilómetros de diámetro escavaría un agujero de 1.500 kilómetros de diámetro y de unos 50 kilómetros de profundidad. Un enorme volumen de rocas quedaría vaporizado en una gigantesca bola de fuego que se extendería rápidamente por todo el planeta, desalojando la atmósfera y creando un horno global. La temperatura superficial ascendería a más de mil grados Celsius, lo que provocaría la ebullición de todos los océanos del mundo y fundiría las rocas hasta una profundidad de casi un kilómetro.

A medida que la atmósfera, aplastantemente densa y vapor supercalentado se enfriaban lentamente durante un período de algunos meses o años, empezaría a llover gotas de roca fundida. Pasaría todo un milenio antes de que pudiera haber lluvia normal, preludio de un gran aguacero de dos mil años (Un Diluvio) que finalmente rellenaria los océanos y haría volver el planeta a algún tipo de normalidad.

El “Tiempo” no me permite continuar con lo que todo esto supondría para la vida tal como la conocemos y, si después de un desastre así, volveríamos a estar presentes en éste mundo que hoy es nuestra casa. Ya sabeis, amigos míos, que la Naturaleza cuando actúa, no tiene en cuenta que nsootros estamos aquí.

emilio silvera

¡La Humanidad! Una muestra de vida interesante

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Bioquímica    ~    Comentarios Comments (2)

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“Podemos explicar las similitudes entre humanos y chimpances atribuyéndolas a su descendencia  de un antepasado común que poseía las distintas características que los dos grupos comparten”

Así nos lo dice Andrew H. Knoll en su maravilloso libro La vida en un planeta joven, del cual, dejamos a continuación algunas impresiones.

El registro fósil de la ascendencia humana es notablemente incompleto, pero los restos de esqueletos hallados en África y Asia confirman esta predicción. Los humanos no descienden de los chimpancés, divergieron a partir de un antepasado común que no era ni Homo ni Pan.

http://2.bp.blogspot.com/_oQE7_95wFBc/TUOmiA7YVFI/AAAAAAAAAPI/U0UekNetOVY/s1600/evolucion+humana.gif

Puesto que somos grandes animales, se nos puede perdonar que tengamos una visión del mundo que tiende a celebrar lo nuestro, pero en realidad, esa perspectiva es errónea. Somos nosotros quienes hemos evolucionado para encajar en el mundo microbiano, y no al revés. Que esto sea así se debe, en parte4 a una cuestión histórica, pero también tiene una explicación en términos de diversidad y funcionamiento del ecosistema. Si los animales son la guinda de la evolución, las bacterias son el pastel.

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