miércoles, 17 de octubre del 2018 Fecha
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Algún maestro decía:
“Inicialmente, se presenta, de modo simplificado, el Modelo Estándar como una teoría sofisticada que identifica las partículas elementales y sus interacciones. Después, en el ámbito de esa teoría, se enfocan aspectos – el vacuo no es vacío; partículas desnudas y vestidas; materia oscura y viento oscuro; materia y antimateria; el campo y el bosón de Higgsneutrinos oscilantes – que pueden ser motivadores desde el punto de vista de la enseñanza y del aprendizaje de la Física. Finalmente, se discute la probable superación de esa teoría por otra más completa.”
Resultado de imagen de Los leptones sólo interaccionan entre sí mediante fuerzas débiles y/o electromagnéticas.
Los leptones sólo interaccionan entre sí mediante fuerzas débiles y/o electromagnéticas. Los quarks, sin embargo, interaccionan por cualquiera de las tres fuerzas indicadas. Y, en todo ésto, la gravedad está ausente y hace que la teoría esté incompleta. De todas las maneras, no debemos quitar mérito a tan compleja construcción de la mente humana que tan buenos resultados nos ha dado.
Gordon Kane, un físico teórico de la Universidad de Michigan nos dice:
“… el Modelo Estándar es, en la historia, la más sofisticada teoría matemática sobre la naturaleza. A pesar de la palabra “modelo” en su nombre, el Modelo Estándar es una teoría comprensiva que identifica las partículas básicas y especifica cómo interactúan. Todo lo que pasa en nuestro mundo (excepto los efectos de la gravedad) es resultado de las partículas del Modelo Estándar interactuando de acuerdo con sus reglas y ecuaciones.”
De acuerdo con el Modelo Estándar, leptones y quarks son partículas verdaderamente elementales, en el sentido de que no poseen estructura interna. Las partículas que tienen estructura interna se llaman hadrones; están constituidas por quarksbariones cuando están formadas por tres quarks o tres antiquarks, o mesones cuando están constituidas por un quark y un antiquark.
Pero ¿cómo se da la interacción? ¿Quién “transmite el mensaje” de la fuerza entre las partículas que interactúan? Eso nos lleva a las partículas mediadoras o partículas de fuerza o, también, partículas virtuales.
Las interacciones fundamentales tienen lugar como si las partículas que interactúan “intercambiasen” otras partículas entre sí. Esas partículas mediadoras serían los fotones en la interacción electromagnética, los gluones en la interacción fuerte, las partículas W y Z en la interacción débil y los gravitones (aún no detectados) en la interacción gravitacional. Es decir, partículas eléctricamente cargadas interactuarían intercambiando fotones, partículas con carga color interactuarían intercambiando gluones, partículas con carga débil intercambiarían partículas W y Z, mientras que partículas con masa intercambiarían gravitones.
Las partículas mediadoras pueden no tener masa, pero tienen energía, o sea, son pulsos de energía. Por eso, se llaman virtuales. De los cuatro tipos de partículas mediadoras8, las del tipo W y Z tienen masa, pero es común que todas sean llamadas partículas virtuales.
¡Pero faltan los campos! Los cuatro campos. Sabemos que un cuerpo con masa crea alrededor de sí un campo gravitacional, un campo de fuerza que ejerce una fuerza sobre otro cuerpo masivo y viceversa. Análogamente, un cuerpo cargado eléctricamente, crea un campo electromagnético (si está en reposo, se percibe sólo su componente eléctrico, si está en movimiento se manifiesta también el componente magnético) y ejerce una fuerza electromagnética sobre otro cuerpo electrizado y viceversa.
El problema en esa bella simetría de cuatro cargas, cuatro interacciones, cuatro fuerzas, cuatro tipos de partículas mediadoras y cuatro campos es que aún no hemos podido detectar ningún gravitón y la gravedad, en sí, no encaja bien en esa teoría llamada Modelo Estándar.

La Física actual busca una teoría más amplia que el modelo estándar . Una teoría que dé una descripción completa, unificada y consistente de la estructura fundamental del universo. ¿Será la compleja Teoría de cuerdas,que integra también la interacción gravitaroria?

El modelo estándar es una poderosa herramienta pero no cumple todas las expectativas; no es un modelo perfecto. En primer lugar, podríamos empezar por criticar que el modelo tiene casi veinte constantes que no se pueden calcular. Desde luego, se han sugerido numerosas ideas para explicar el origen de todos estos parámetros o números inexplicables y sus valores, pero el problema de todas estas teorías es que los argumentos que dan nunca han sido enteramente 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 principio de la relatividad, pero no queremos abandonar todos los demás principios que ya conocemos. Ésos, después de todo, han sido enormemente útiles en el descubrimiento del modelo estándar. El mejor lugar para buscar un nuevo principio es precisamente donde se encuentran los puntos débiles de la presente teoría y, construímos máquinas como el LHC para que nos diga lo que no sabemos.

 

Una regla universal en la física de partículas es que para partículas con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructuras cada vez más pequeñas en el espacio y en el tiempo. El modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aún más pequeñas. Pero existen varias razones para sospechar que sus predicciones pueden, finalmente (cuando podamos emplear más energía en un nivel más alto), resultar equivocadas.

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 aquí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables. ¿Dónde está la partícula de Higgs? ¿Cómo se esconde de nosotros el gravitón?

Parece que el Modelo estándar no admite la cuarta fuerza y tendremos que buscar más profundamente, en otras teorías que nos hablen y describan además de las partículas conocidas de otras nuevas que están por nacer y que no excluya la Gravedad. Ese es el Modelo que necesitamos para conocer mejor la Naturaleza.

Claro que las cosas no son tan sencilla y si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste de las constantes de la naturaleza, creamos un nuevo problema: ¿cómo podemos modificar el modelo estándar de tal manera que el ajuste fino no sea necesario? Está claro que las modificaciones son necesarias, lo que implica que muy probablemente haya un límite más allá del cual el modelo tal como está deja de ser válido. El modelo estándar no será nada más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, de forma que todos los fenómenos que hemos observado hasta el presente están reflejados en él, pero cada vez que se pone en marcha un aparato más poderoso, tenemos que estar dispuestos a admitir que puedan ser necesarias algunas modificaciones del modelo para incluir nuevos datos que antes ignorábamos.

Más allá del modelo estándar habrá otras respuestas que nos lleven a poder hacer otras preguntas que en este momento, no sabemos ni plantear por falta de conocimientos.  Si no conociéramos que los protonesestán formados por Quarks, ¿cómo nos podríamos preguntar si habrá algo más allá de los Quarks?

El gobierno de Estados Unidos, después de llevar gastados miles de millones de dólares, suspendió la construcción del supercolisionador superconductor de partículas asestando un duro golpe a la física de altas energías, y se esfumó la oportunidad para obtener nuevos datos de vital importancia para el avance de este modelo, que de momento es lo mejor que tenemos.

Se han estado inventando nuevas ideas, como la supersimetría y el technicolor. Los astrofísicos estarán interesados en tales ideas porque predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas, y también varios tipos de partículas que interaccionan ultradébilmente, los technipiones. Éstas podrían ser las WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles, o Partículas Masivas Débilmente Interactivas) que pueblan los huecos entre las galaxias, y serían así las responsables de la masa perdida que los astrofísicos siguen buscando y llaman materia oscura”.

Que aparezcan “cosas” nuevas y además, imaginarlas antes, no es fácil. Recordemos cómo Paul Dirac se sintió muy incómodo cuando en 1931 dedujo, a partir de su ecuación del electrón, que debería existir una partícula con carga eléctrica opuesta. Esa partícula no había sido descubierta y le daba reparo perturbar la paz reinante en la comunidad científica con una idea tan revolucionaria, así que disfrazó un poco la noticia: “Quizá esta partícula cargada positivamente, tan extraña, sea simplemente el protón”, sugirió. Cuando poco después se identificó la auténtica antipartícula del electrón (el positrón) se sorprendió tanto que exclamó: “¡Mi ecuación es más inteligente que su inventor!”. Este último comentario es para poner un ejemplo de cómo los físicos trabajan y buscan caminos matemáticos mediante ecuaciones de las que, en cualquier momento (si están bien planteadas), surgen nuevas ideas y descubrimientos que ni se podían pensar. Así pasó también con las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, donde Schwarzschild dedujo la existencia de los agujeros negros.

File:Evolución Universo WMAP.jpg

Se piensa que al principio del comienzo del tiempo, cuando surgió el Big Bang, las energías eran tan altas que allí reinaba la simetría total; sólo había una sola fuerza que todo lo englobaba. Más tarde, a medida que el universo se fue expandiendo y enfriando, surgieron las cuatro fuerzas que ahora conocemos y que todo lo rigen. Tenemos los medios, en los supercolisionadores de partículas, para viajar comenzando por 1.000 MeV, hasta finalizar en cerca de 1019 MeV, que corresponde a una escala de longitudes de aproximadamente 10-30 cm. Howard Georgi, Helen Quinn y Steven Weinberg descubrieron que ésta es la región donde las tres constantes de acoplamiento gauge se hacen iguales (U(1), SU(2) y SU(3)); resultan ser lo mismo. ¿Es una coincidencia que las tres se hagan iguales simultáneamente? ¿Es también una coincidencia que esto suceda precisamente en esa escala de longitud? Faltan sólo tres ceros más para alcanzar un punto de retorno. Howard Georgi y Sheldon Glashow descubrieron un modelo genuinamente unificado en el dominio de energías de 1019 MeV tal que, cuando se regresa de allí, espontáneamente surgen las tres fuerzas gauge tal como las conocemos. De hecho, ellos encontraron el modelo; la fórmula sería SU(5), que significa que el multiplote más pequeño debe tener cinco miembros.

http://cmcagustinos.files.wordpress.com/2010/10/circulo.jpg

Materia y Energía Oscura… Un Misterio…Sin resolver.

Y, a todo esto, ¿dónde está esa energía oculta? ¿Y donde la materia? Podemos suponer que la primera materia que se creo en el Universo fue la que llamamos (algún nom,bre había que ponerle) “Materia Oscura”, esa clase de Ilem o sustancia primera del Universo que mejor sería llamarla invisible, ya que, de no ser así, difícil sería explicar cómo se pudieron formar las primeras estrellas y galaxias de nuestro Universo, ¿dónde está el origen de la fuerza de Gravedad que lo hizo posible, sino en esa materia escondida?

¡Lo dicho! Necesitamos saber, y, deseo que de una vez por todas, se cumpla lo que dejó dicho Hilbert en su tumba de Gotinga (Alemania): “Tenemos que saber, ¡sabremos!. Pero…

¡Que sea pronto!

emilio silvera

 

  1. 1
    Pedro
    el 19 de agosto del 2018 a las 5:09

    Haber cientos de páginas de divulgación nos cuentan las mismas cosas una y otra vez, y a base de repetir y repetir todos asumimos sin más todo lo que nos cuentan. 
    Cuestión que surge acerca de la carga eléctrica : Definicion carga eléctrica capacidad de emitir fotones, resulta que el electrón tiene signo negativo. ¿Cómo se explica esto? Si acaso tendría que ser positivo, responsable de la electricidad.
    Ya se que la supuesta negatividad del electron su carga eléctrica se debe a cómo se ven afectados al atravesar un campo magnético hacia un lado u otro en su representación.ok
    Otra cuestión: ¿cómo se explica el carácter fraccionado de partículas simples, de su carga eléctrica.? Que sea un número entero o bien positivo o bien negativo parecería lo más normal , pero fraccionado, quarks, se supone que son simples y no compuestas su estructura.
    Se me ocurre posibles respuestas: el carácter fraccionado de la carga eléctrica es indicativo de que a la hora de emitir un fotón solo emiten 2/3 del mismo, (menuda sandez)  o bien cuando actúan en conjunto solo emiten un 70 por ciento de fotones.
    Igual ocurre con el spin, el supuesto giro de dichas partículas que gire al cien por cien de hay sea un número entero, se explica, ¿Pero que sea fraccionario? Se quedan sin ímpetu en mitad de su cometido, fermiones. Y ya el colmo el gavitron su spin 2 ¿Esto como se come?Tal vez para hacer un simple giro signifique que tiene que hacer doble trabajo.
    Que el momento angular es fraccionario y fijo sin posibilidad de cambio 
    Y ya para rizar el rizo: que un fotón sea a su vez partícula y antipartícula simultáneamente ¿Esto como se come? Tiene carácter dipolar. ¿Que activa tal interruptor, para su  cambio de carácter?Se supone que es una partícula simple y no compuesta.
    Saludos.

     

    Responder
    • 1.1
      emilio silvera
      el 19 de agosto del 2018 a las 6:41

      Amigo Pedro:

      Hasta Feynman decía que la mecánica cuántica era extraña y no la entendía nadie. Cuando los físicos dispusieron de las máquinas que les posibilitaban para “ver” esa extraña realidad, se quedaban asombrados de los escenarios que veían en ese mundo de lo infinitesimal. Lo cierto es que, en física, no se da nada por bueno hasta tanto no es comprobado una y mil veces, por métodos diferentes, por diferentes personas en distintos lugares y, si todos los resultados coinciden, entonces y sólo entonces, lo registran como hechos ciertos.

      Lo del spín y la carga eléctrica de las partículas, así como sus vidas medias, y otros asombrosos detalles que en ellas están presentes, han sido certificados de todas las maneras posibles y, no podemos, nosotros, aunque nos parezca increíble todo ello, rechazar lo que está más que verificado. Eso sí, mostrar nuestra extrañeza de que todo eso sea así podemos pero, ir más allá…

      Saludos.

      Responder
    • 1.2
      Emilio Silvera
      el 19 de agosto del 2018 a las 6:47

      El hecho de que todas las páginas de divulgación te digan la misma cosa, ya te debería dar una pista. No puedes pensar que todos estén equivocados. Si repiten una y otra vez los mismos hechos es porque, esos hechos, son los que han sido verificados una y otra vez con los mismos resultados.

      Claro que podemos nadar contra corriente. Yo lo hago con el tema de la “Materia oscura” pero, en mi caso, al contrario que en el tuyo, está está por confirmar.

      Responder
      • 1.2.1
        Pedro
        el 19 de agosto del 2018 a las 8:32

        Haber en primer lugar, me limito a repetir lo que todo el mundo nos cuenta. Osea afirmar rotundamente algo acerca de ciencia poco o nada puedo decir al respecto, salvo alguna ocurrencia más acertada o menos y poco mas.
        Cuando hablo de que no hacen más que repetir lo mismo, me feriero a que no dan explicaciones claras de aquello que afirman en cientos de casos :por ejemplo un fotón sea a su vez partícula y antipartícula. Otro ejemplo la carga eléctrica su carácter fraccionado. Spin mayor que 1.
        Yo no utilizo más que sus propios conceptos osea no invento nada.
        Carga eléctrica:capacidad de partículas para emitir fotones.
        Aquellas partículas de carga eléctrica fraccionada ,quarks ¿Que ocurre? ¿ Del fotón solo emiten 2/3.?
        Del gavitron spin 2. Si el spin lo asocian aún giro, ¿o gira o no?, ¿o se queda a medias? Fermiones
        Lo que digan los experimentos es una cuestión muy distinta de la explicación de los distintos resultados y es aquí donde voy y de esto es de lo que realmente se trata.

            Una particula sufriendo la contracción de Lorentz, aumento de masa, ¿sus propiedades y sus interacción con otras cambian definitivamente?, o bien pueden volver a su estado inicial sin más, una vez desconectado el acelerador.
        Si es una nave espacial su desintegración es total, vamos me parece a mí, eso de que vuelve como si nada, no hay quien se lo crea.

        Responder
        • 1.2.1.1
          Emilio Silvera
          el 20 de agosto del 2018 a las 5:59

          Lo que puedo deducir de tus palabras es que, en realidad, te gustaría entenderlo todo en el ámbito de la física cuántica que es enrevesado y muy difícil. Ya sabes como funciona ésto, nadie puede saberlo todo sobre todas las cosas y, cada cual, se especializa en un apartado particular del saber humano (no importa si es en el campo de la ciencia o de otros muchos), y, por lo general, si es una persona instruida e inquieta y su curiosidad le lleva a hacerse preguntas sobre todo aquello que le llama la atención, se preocupa de saber, al menos de manera básica sobre éste o aquel tema pero, no siendo su campo, se queda en la superficie de las cosas y, no pocas veces, como ahora te pasa, dudan de que aquello que le dicen sea lo que realmente refleje la realidad.

          Si tienes tiempo (como parece que es el caso), lo mejor sería que dedicaras más tiempo a buscar esas respuestas y comprobar el por qué, tantos físicos te cuentan cosas que te cuestan digerir.

          Un cordial saludo.

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