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La perfección imperfecta

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (5)

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Me refiero al Modelo estándar y, algunos han llegado a creer que sólo faltan algunos detalles técnicos y, con ellos, la física teórica está acabada. Tenemos un modelo que engloba todo lo que desamos saber acerca de nuestro mundo físico. ¿Qué más podemos desear?

Bueno, lo que hasta el momento hemos logrado no está mal del todo pero, no llega, ni con mucho, a la perfección que la Naturaleza refleja y que, nosotros perseguimos sin llegar a poder agarrar sus múltiples entrecijos y parámetros que confroman ese todo en el que, sin niguna clase de excusas, todo debe encajar y, de momento, no es así.

Es cierto que, el Modelo estándar es casi (en algunos momentos), pero no permanentemente, perfecto. En primer lugar, podríamos empezar a quejarnos de las casi veinte constantes que no se pueden calcular. Pero si esta fuese la única queja, habría poco que hacer. Desde luego, se han sugerido numerosas ideas para explicar el origen de estos números y se han propuesto varias teorías para “predecir” sus valores. El problema con todas estas teorías es que los argumentos que dan nunca llegan a ser convincentes.

¿Por qué se iba a preocupar la Naturaleza de una fórmula mágica si en ausencia de tal fórmula no hubiera contradicciones? Lo que realmente necesitamos es algún principio fundamental nuevo, tal como el proncipio de la relatividad, pero nos resistimos a abandonar todos los demás principios que ya conocemos; ¡esos, después de todo, han sido enormemente útiles en el descubrimiento del Modelo estándar! una herramienta que posibilitado a todos los físicos del mundo, construir sus trabajos en ese fascinante mundo de la mecánica cuántica, donde partículas infinitesimales interactúan con las fuerzas y podemos ver, como se comporta la materia en determinadas circunstancias. El mejor lugar para buscar nuevos principios es precisamente donde se encuentran los puntos débiles de la presente teoría.

La regla universal en la física de partículas es que cuando las partículas chocan con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructurtas cada vez menores, más pequeñas en el espacio y en el tiempo. Supongamos por un momento que tenemos a nuestra disposición un Acelerador de Partículas 10.000 veces más potente que el LHC, donde las partículas pueden adquirir esas tantas veces más energías de las alcanzadas actualmente. Las colisiones que tendrían lugar nos dirían algo acerca de los detalles estructurales de esas partículas que ahora no conocemos, que serían mucho más pequeños que los que ahora podemos contemplar. En este punto se me ocurre la pregunta: ¿Seguiría siendo correcto el Modelo estándar? 0, por el contrario, a medida que nos alejemos en las profundidades de lo muy pequeño, también sus normas podrían variar al mismo tiempo que varían las dimensiones de los productos hallados. Recordad que, el mundo no funciopna de la misma manera ante lo grande que ante lo infinitesimal.

El LHC obtiene en menos de un mes el 'bosón W', que hasta ahora los científicos tardaban meses en conseguir

 

 

¿Podeis imaginar conseguir colisiones a 70.000 TeV? ¿Que podrías ver? Y, entonces, seguramente, las protestas de algunas de que “ese monstruo” podría abrir un agujero de gunsano en el esapcio tiempo…¡tendría algún fundamento! No sabemos lo que puede pasar si andamos con fuerzas que no podemos dominar.

Hoy, el Modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aín más pequeñas. Pero tenemos algunas razones para sospechar que tales predicciones resultan estar muy alejadas de la realidad, o, incluso, ser completamente falsas.

Encendamos nuestro supermicroscopio umaginario y enfoquemosló directamente en el centro de un protón o de cualquier otra partícula. Veremos hordas de partículas fundamentales desnudas pululando. Vistas a través del supermicroscopio, el modelo estándar que contiene veinte constantes naturales, describen las fuerzas que rigen la forma en que se mueven. Sin embargo, ahora esas fuerzas no sólo son bastante fuertes sino que también se cancelan entre ellas de una forma muy especial; están ajustadas para conspirar de tal manera que las partículas se comportan como partículas ordinarias cuando se vuelven a colocar el microscopio en la escala de ampliación ordinaria. Si en nuestras ecuaciones matemáticas cualquiera de estas constantes fueran reemplazadas por un número ligeramente diferente, la mayoría de las partículas obtendrían inmediatamente masas comparables a las gigantescas energías que son relevantes en el dominio de las muy altas energías. El hecho de que todas las partículas tengan masa que corresponden a energías mucho menores repentinamente llega a ser bastante poco natural.

¿Implica el ajuste fino un diseño con propósito? Hay tantos parámetros que deben tener un ajuste fino y el grado de ajuste fino es tan alto, que no parece posible ninguna otra conclusión.

Bueno, quizá en la imagen y el comentario que lleva abajo, me he podido pasar un poco. Lo que antes decía: “El hecho de que todas las partículas tengan masa que corresponden a energías mucho menores repentinamente llega a ser bastante poco natural”, es lo que se llama el “problema del ajuste fino”. Vistas a través del microscopio, las constantes de la Naturaleza parecen estar cuidadosamente ajustadas sin ninguna otra razón aparente que hacer que las partículas parezcan lo que son. Hay algo muy erróneo aquí. Desde un punto de vista matemático, no hay nada que objetar, pero la credibilidad del Modelo estándar se desploma cuando se mira a escalas de tiempo y longitud extremadamente pequeñas o, lo que es lo mismo, si calculamos lo que pasaría cuando las partículas colisionan con energías extremadamente altas.

¿Y por qué debería ser el modelo válido hasta ahí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables, e ellas podrían modificar completamente el mundo que Gulliver planeaba visitar. Si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste fino de las constantes de la Naturaleza, creamos un nuevo problema:

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¿Cómo podemos modificar el modelo estándar de tal manera que el ajuste-fino no sea necesario? Está claro que las moficiaciones son necesarias , lo que implica que muy probablemente hay un límite más allá del cual ewl modelo deja de ser válido. El Modelo estándar no será más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, tal que todos los fenómenos observados hasta el presente están de acuerdo con él, pero cada vez que ponemos en marcha un aparato más poderoso, debemos esperar que sean necesarias nuevas modificaciones para ir ajustando el modelo, a la realidad que descubrimos.

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¿Cómo hemos podido pensar de otra manera? ¿Cómo hemos tenido la “arrogancia” de pensar que podemos tener la teoría “definitiva”? Mirando las cosas de esta manera, nuestro problema ahora puede muy bien ser el opuesto al que plantea la pregunta de dónde acaba el modelo estándar: ¿cómo puede ser que el modelo estándar funcione tan extraordinariamente bien? y ¿por qué aún no hemos sido capaces de percibir nada parecido a otra generación de partículas y fuerzas que no encajen en el modelo estándar?

Foto de El hallazgo de una nueva partícula abre un nueva era para la física

Asistentes escuchan la presentación de los resultados del experimento ATLAS, durante el seminario del Centro Europeo de Física de Partículas (CERN) para presentar los resultados de los dos experimentos paralelos que buscan la prueba de la existencia de la “partícula de Higgs”, base del modelo estándar de física, hoy miércoles 4 de julio en Meyrin, Suiza.

La pregunta “¿Qué hay más allá del Modelo estándar”? ha estado facinando a los físicos durante años. Y, desde luego, todos sueñan con llegar a saber, qué es lo que realmente es lo que conforma el “mundo” de la materia, qué partículas, cuerdas o briznas vibrantes. En realidad, lo cierto es que, la Física que conocemos no tiene que ser, necesariamente, la verdadera física que conforma el mundo y, sí, la física que conforma “nuestro mundo”, es decir, el mundo al que hemos podido tener acceso hasta el momento y que, no necesariamente tiene que tratarse del mundo real.

O, como decía aquél: ¡Que mundo más hermoso, parece de verdad!

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No todo lo que vemos es, necesariamente, un reflejo de la realidad de la Naturaleza que, puede tener escondidos más allá de nuestras percepciones, otros escenarios y otros objetos, a los que, por ahora, no hemos podido acceder, toda vez que, físicamente tenemos carencias, intelectualmente también, y, nuestros conocimientos avanzar despacio para conseguir, nuevas máquinas y tecnologías nuevas que nos posibiliten “ver” lo que ahora nos está “prohibido” y, para ello, como ocurre siempre, necesitamos energías de las que no disponemos.

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Hay dos direcciones a lo largo de las cuales se podría extender el Modelo estándar, tal como lo conocemos actualmente, que básicamente se caraterizan así:

- Nuevas partículas raras y nuevas fuerzas extremadamente débiles, y

- nuevas partículas pesadas y nuevas estructuras a muy altas energías.

Podrían existir partículas muy difíciles de producir y de detectar y que, por esa razón, hayan pasado desapaercibidas hasta ahora.  La primera partícula adicional en la que podríamos  pensares un neutrino rotando a derecha. Recordaremos que si se toma el eje de rotación aparalelo a la dirección del movimiento los neutrinos sólo rotan a izquierdas pero, esa sería otra historia.

En un artículo editado en Ciencia Kanija, pude leer: “Los interferómetros atómicos tienen ahora la sensibilidad para observar nuevas fuerzas más allá del modelo estándar de la física de partículas. “Las nuevas fuerzas a corta distancia son una predicción frecuente de las teorías más allá del Modelo Estándar y la búsqueda de estas nuevas fuerzas es un canal prometedor para descubrir una nueva física”, dice Jay Wackerdel Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC en California. La pregunta es cómo encontrarlas”

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Los neutrinos siempre me han fascinado. Siempre se han manifestado como si tuvieran masa estrictamente nula. Parece como si se movieran exactamente con la velocidad de la luz. Pero hay un límite para la precisión de nuestras medidas. Si los neutrinos fueran muy ligeros, por ejemplo, una cienmillonésima parte de la masa del electrón, seríamos incapaces de detectar en el laboratorio la diferencia entre éstos y los neutrinos de masa estrictamente nula. Pero, para ello, el neutrino tendría que tener una componente de derechas.

En este punto, los astrónomos se unen a la discusión. No es la primera vez, ni será la última, que la astronomía nos proporciona información esencial en relación a las partículas elementales. Por ejemplo, debido a las interacciones de corriente neutra (las interacciones débiles originadas por un intercambio Zº), los neutrinos son un facto crucial en la explosión  supernova de una estrella. Ahora sabemos que debido a las interacciones por corriente neutra, pueden colisionar con las capas exteriores de la estrella y volarlas con una fuerza tremenda.

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En realidad, los neutrinos nos tienen mucho que decir, todavía y, no lo sabemos todo acerca de ellos, sino que, al contrario, son muchos los datos y fenómenos que están y subyacen en ellos de los que no tenemos ni la menor idea que existan o se puedan producir. Nuestra ignorancia es grande, y, sin embargo, no nos arredra hablar y hablar de cuestiones que, la mayoría de las veces…ni comprendemos.

Aquí lo dejar´ñe por hoy, el tema es largo y de una fascinación que te puede llevar a lugares en los que no habías pensado al comenzar a escribir, lugares maravillosos donde reinan objetos exóticos y de fascinante porte que, por su pequeñez, pueden vivir en “mundos” muy diferentes al nuestro en los que, ocurren cosas que, nos llevan hacia el asombro y también, a ese mundo mágico de lo fascinante y maravilloso.

emilio silvera


  1. Física, El modelo estándar; La perfección imperfecta. | Taringa Descargas gratis, el 25 de julio del 2012 a las 2:42

    [...] Emilio Silvera, el Jueves, 12 de julio de 2012. [...]

 

  1. 1
    Wilbert
    el 12 de julio del 2012 a las 16:31

    Una pregunta que me hicieron y que las traslado a Uds. que son más entendidos en la materia. ¿Existen dos realidades cuando se habla de la física de partículas y la física relativista? Sabemos que existe el microcosmos, el mesocosmos y el macrocosmos, el primero de ellos estaría regido por las leyes de la mecánica cuántica, el mesocosmos por la física clásica de Newton y el macrocosmos por la teoría de la relatividad. ¿Se podría hablar de diferentes niveles físicos correspondientes a cada uno de ellos?

    Responder
    • 1.1
      nelson
      el 13 de julio del 2012 a las 2:29

      Hola muchachada.
      Hola estimado Wilbert.
      Mientras esperamos atentamente la respuesta del Amigo Emilio y de los calificados contertulios, te digo que lo que pides es el Santo Grial de los físicos; la búsqueda de una teoría que unifique las “físicas” que mencionas, parece que quita el sueño de muchísimos científicos. No todos, pues algunos le quitan dramatismo al problema; el comportamiento colectivo de las grandes estructuras, no tendría porqué depender de las leyes que rigen a las pequeñas, y una Teoría Única no tendría mayor sentido.
      En lo personal, y con mis enormes limitaciones, no puedo dejar de comparar este dilema con la Biología: todas las células tienen estructuras muy similares, pero se reúnen y agrupan sucesivamente hasta alcanzar formar organismos tan diversos y complejos como una medusa, una mariposa o un Ser Humano. Ésto es posible porque tienen un código inscrito en las complejas moléculas de ADN que las constituyen, su “memoria” genética, fruto de la evolución, de sus condiciones ambientales, y de lo que parecería su razón de ser: la preservación de la especie, y en última instancia, de la Vida.
      Encuentro acá una analogía que se me antoja evidente con la constitución del Universo: en los primeros instantes, cuando se formaron las primeras y más simples estructuras de la materia, al reunirse y agruparse las partículas primigenias en los primeros y más simples elementos, ya adoptarían un “sello” característico, un código distintivo que les permitiría asumir construcciones cada vez más complejas hasta las más exóticas y asombrosas que nos muestra el Universo.
      Me resulta muy difícil entender que esas portentosas galaxias, de formas regulares y hermosas, no estén prefiguradas de alguna manera en las partículas elementales, en el corazón mismo   de los átomos que componen cada una de sus estrellas, de sus quásares, de sus pulsares, haciendo que sean como son; que sean así, y no de otra forma… de pronto con el ignoto designio de su propia conservación de esas partículas, o la conservación de la energía. Se me ocurre entonces que debe haber una relación entre las “físicas”, como dices, sólo que no se ha descubierto. O tal vez, debiera decir que “me gustaría” que la hubiera. Porque puedo equivocarme, o estar diciendo algún disparate…
      Saludos cordiales para tí y para tod@s desde Montevideo. 

      Responder
  2. 2
    emilio silvera
    el 13 de julio del 2012 a las 6:23

    El amigo Nelson te ha contestado bien, y, en un resumen sencillo de entender, te deja los parámetros a seguir para (dentro de nuestras limitaciones) entender un poco de que va todo esto. Es cierto que aquí, hemos llegado a dividir la Naturaleza en dos “dominios”. El primero rige el “mundo de lo muy pequeño” y, el segundo, el “mundo de lo muy grande”. Sin embargo, si nos vamos a la raíz de las cosas, podemos, como bien apunta nuestro estimado contertulio, comparar un átomo y una galaxia, ya que, al final, los dos objetos vienen a ser la misma cosa (guardando las distancias).
    Las leyes que rigen la Naturaleza, al menos en parte, es bien conocida y, podemos explicar el movimiento de los planetas, las estrellas y las galaxias al mismo tiempo que podemos explicar el movimiento de las partículas subatómicas que conforman los átomos, las moléculas y la materia que le da forma a todas las cosas que conocemos incluídos los seres vivos.
    El comportamiento que podemos observar en ese mundo “de lo pequeño” es muy distinto al que tienen las cosas en el otro mundo, el de “lo muy grande” pero, esos comportamientos dispares, simplemente son frutos de la dimensión, ya que, las fuerzas y las energías que están presentes en uno y otro, también, aunque sean las mismas, se hacen sentirm a escalas diferentes.
    Un ratín escala una pared y cae desde una altura varias veces superior a su tamaño, se levanta y sigue su camino como si nada. Si dejamos caer a un elefante desde una altura similar en relación a su altura, seguro que el daño sería considerable. Así, con ese ejemplo sencillo, podemos constatar que la fuerza de gravedad, aunque actúa de la misma manera para ambos animales, incide de diferentes formas en el uno y en el otro.
    Eso es, en realidad, lo que separa a “ambos mundos”, las escalas que dan lugar a resultados diferentes en iguales situaciones que, la Naturaleza, define en función de las escalas que llevan implícitas diferentes energías al variar las masas. No es lo mismo un mundo que un átomo. Sin embargo, el mundo, por muy grande que pueda ser, está hecho de átomos.
    De todas las maneras, la física cuántica y la física relativista, de alguna manera, están estrechamente relacionadas y, llegado a un punto, la una no se puede explicar sin la otra, aunque, de momento, cuando hemos tratado de unirlas aquello resulta incongruente, y, la sensación obtenida es que son incompatibles, muy diferentes, y, sobrem todo, que están situadas en “dos universos” en los que rigen leyes distintas pero, la realidad, es bien distinta. Lo que realmente ocurre es que, nuestra inmensa ignorancia no nos deja llegar a la comprensión necesaria para entender, como juntar, de una vez por todas, los “átomos con las galaxias”, es decir, el mundo de lo muy grande con el mundo de lo muy pequeño.
    Todos, como dice Nelson, sueñan con esa teoría del todo, una teoría de la Gravedad-Cuántica. En los muchos intentos que se hacen desde hace años, la teoría de cuerdas es la más prometedora y, en ella, sí caben los dos mundos. No sólo es que la Gravedad esté allí alojada cómodamente, es que, sin ella, la teoría no funciona, la necesita para su desarrollo pleno y, junto con la mecánica cuántica, conforman ese todo que tanto ilusiona a los físicos.
    Allí, en la Teoría M (que reúne a todas las teroías de cuerdas en sus distintas versiones), se explican las partículas y también las galaxias, la masa y el espaciotiempo, las fluctuaciones del vacío y los temibles agujeros negros, la materia en fín, desde sus más infinitesimales componentes hasta las más grandes estructuras, todo está allí presente y, precisamente por eso, la llaman “teoría del todo” pero, como bien señala Witten, uno de sus más gqandes abanderados, es una teoría del futuro que llegó aquí antes de tiempo, y, para su desarrollo total nos faltan algunos parámetros que no sabemos buscar, y, nuevas matemáticas que, seguramente, habrá que inventar.
    El Universo y sus leyes, amigo Wilbert, no son cosas que se puedan conocer en “dos días” que son, los que, en relación a la edad del Universo, llevamos aquí. Muchos y muy complejos son los problemas que debemos resolver y, en eso estamos. Hemos llegado a comprender muchos de los “misterios”, hemos desvelados muchos de los “secretos” y, con cada conocimiento adquirido, damos un paso adelante en la comprensión de la Naturaleza pero, debemos tener muy presente que, nuestra realidad, no tiene que ser, la realidad del “mundo”, es la realidad que creemos que es cuando aconsejados por nuestras percepciones hacemos el diagnóstico de lo que vemos, observamos y estudiamos en el laboratorio y, guiado de nuestros impefectos sentidos, enviamos la información a nuestros cerebros que, conforma y determina, en cada caso, “esa realidad nuestra” que, como sabes, va encaminada a que sea lo más fiel posible de lo que pasa en el “mundo” pero, conseguirlo…es otra cosa.
    Así, podríamos decir que todo es lo mismo y que, en cada ocasión y en cada lugar, las “cosas”tienen el comportamiento que deben tener en función del ámbito en el que se mueven y de las fuerzas que allí estén presentes que, como es natural, también tienen las dimensiones proporcionales a las escalas de esas “cosas”.
    ¡El Universo! ¿Quién lo entiende?

    Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 20 de octubre del 2013 a las 6:49

    Lo cierto es que avanzamos poco a poco, día a día, y también es cierto que el largo camino recorrido desde los elementos de Empédocles y el átomo de Demócrito hasta el salto cuántico y las fluctuaciones de vacío es bastante grande.
    Ahora sabemos del Efecto fotoeléctrico, del cuanto de Planck, del Principio de Incertidumbre, de la función de onda, del principio de exclusión de Pauli, del límite de velocidad que nos impone el universo gracias a la relatividad especial, y, muchísimos más avances que se han podido conseguir gracias a la Mente Humana, ese prodigio de la Naturaleza que no sabemos explicar.
    ¿Hasta dónde llegaremos?

    Responder

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