sábado, 25 de enero del 2020 Fecha
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Investigando el Cosmos

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (0)

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                                                  Microcuasar GRS 1758-258

Investigadores del grupo Fuentes de Alta Energía de la Galaxia de la UJA han utilizado el GTC, para estudiar el microcuásar GRS 1758-258. Se cree que en su interior hay un agujero negro, relativamente pequeño en escalas astronómicas, que está engullendo la materia de una estrella que gira a su alrededor, poniendo en juego energías enormes y emitiendo grandes cantidades de radiación en distintas frecuencias.

Fotografiarán el agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia

                      También se han descubiertos agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias-

Se trata de una estrella más o menos el doble de grande y pesada que nuestro Sol, y más caliente, que gira alrededor del agujero negro muy rápido: danzan uno alrededor del otro dando una vuelta en solo un día, explica el catedrático de Astrofísica de la UJA Josep Martí. Los datos se publicarán en Astronomy and Astrophysics

Fuente: Revista mensual electrónica de la Real Sociedad Española de Física.

¡La Luna! Esa compañera inseparable

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (0)

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La Luna es nuestra compañera en el espacio, Viaja junto a nosotros alrededor del Sol y es el más próximo de todos los cuerpos astronómicos naturales. No es de extrañar que tendamos de manera instintiva a concederle importancia y a considerarla como algo nuestro. Desde tiempos inmomoriales, nuestros ancestros, le concedieron a la Luna unos poderes mágicos sobre cosechas, embarazos…y otras cuestiones como las mareas entre ellas.

Hsi y Ho, dos astrólogos de la antigua China, no tuvieron tanta suerte como Einstein (gracias a un eclipse de Sol, pudo ver confirmada su teoría de la relatividad General). Su ignorancia les costó la vida a ambos por no predecir el eclipse total de Sol que se produjo en el año 2137 a. C., lo que causó las iras del emperador Tshung-Kong, que ordenó ejecutarlos.

Está claro que la Luna, ese plateado espejo que refleja nuestro mundo por las noches, le ha brindado a la ciencia la oportunidad de descifrar numerosos enigmas cada vez que oculta al Sol durante un eclipse. Si se analiza en detalle la historia podría comprobarse que la Luna se ha convertido en una maravillosa herramienta para los Astrónomos, que han sacado tanto partido científico de ella como belleza han podido percibir sus afortunados observadores.

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¿Quién no ha representado alguna vez esta bonita escena? Con un testigo tan especial, el momento se hace sublime. Siempre hemos tenido símbolos de la Naturaleza que nos han acompañado en nuestras diferentes actividades. Como por ejemplo, la estrella Polar para los antiguos marinos.

La Luna es el astro más observado. En la antigüedad y hasta mediados del siglo XX, los principales astrónomos y los principales Observatorios centraron en ella una gran parte de sus observaciones e investigaciones de primera línea. Bien es cierto que, al ser tan conocida, salvo algunos proyectos específicos, en la actualidad ha quedado un poco relegada y, la verdad es, que aún le quedan cosas por decir.

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                Hace más de 40 años que el mundo, asombrado, contempló  esta imagen

Allá por al año 1969, el hombre puso sus pies sobre la superficie lunar y pareció culminar una etapa de las exploraciones y, así, practicamente todo el mundo (pasados aquellos primeros momentos de excitación colectiva) empezó a olvidarse de ella. ¿Alguien podría pensar que quedara algo por descubrir en ese polvoriento satélite de apariencia inerte?

La Estación Espacial en la Luna

La respuesta llegó en 1996 gracias a la sonda Clementine de la NASA, cuyas fotografías dieron un inusitado vuelco a nuestra concepción lunar. La nave aportó pruebas de que en el cráter Aitkin, que se halla en el polo sur de la Luna, existe hielo. Esto es, que en el lugar más árido que se conoce del Sistema Solar hay agua. Aquello lo cambió todo y comenzaron a salir carpetas archivadas y llenas de polvo para retomar algunos proyectos olvidados.

Es verdaderamente sorprendente que, en la Luna, pueda haber agua. Tal hallazgo supone una buena baza para los futuros proyectos de la Base Lunar. No es despreciable la idea de poder  en la Luna un Gran Complejo Espacial, con Base de lanzamientos de Naves hacia otros mundos con el enorme ahorro en el coste que eso supondría, o, Laboratorios que podrían investigar en el vacío del espacio, o, Telescopios libres de contaminación que, al igual que el Hubble pudiera llegar a todos los rincones del Universo pero, con menor mantenimiento y, el que necesitara sería más cómodo y menos costoso.

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Hace unos días se publicó el hallazgo del agua en la Luna

Entre los muchos enigmas que aún rodean a nuestra compañera Luna. De hecho, la Astronomía tiene pendiente allí otro de sus grandes enigmas, como es la naturaleza de los fenómenos transitorios lunares, que se denominan habitualmente con la abreviatura TLP, correspondiente a la desripción inglesatransient lunar phenomenon. Consite en repentinos cambios de brillo en la superficie o en llamaradas, y se cree que están causados fundamentalmente por erupciones internas que se producen de forma esporádica, en especial en algunos cráteres. No todos están de acuerdo con este dictamen pero, la verdad es que se han producido suficientes testimonios de TPL como para dudar de ello, y, aunque exista la Incertidumbre de la verdadera causa…Ahí están.

Las extrañas luces móviles de la Luna

Luces misteriosas aparecen en algunos cráteres de la Luna de manera inexplicable y, han sido observados con cierta frecuencia pero nunca se ha podido dar una explicación científica a los mismos. Lo cierto es que, en la Luna como en otros cuerpos celestes que nos circundan, se producen extrañas transiciones que nos son desconocidas y de cuyos orígenes quisiéramos saber.

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En el verano de 1178, varios monjes observaron desde la Catedral de Canterbury un espectáculo increíble: La Luna, que estaba en fase creciente, comenzó a arder en su borde, que escupió varias llamaradas y chispar enormes. Con toda probabilidad vieron las nubes igneas de polvo y roca desprendidas por el impacto de un gigantesco meteorito en la cara oculta, desde la que asomó el resplandor producido por la colisión.

Se ha sugerido que el impacto de 1178 formó el cráter Giordano Bruno, pero de lo que no cabe duda es de que la aparentemente mortecina quietud lunar se rompe de forma ocasional por suscesos como éste. Y, aunque el caso más famoso se ha centrado en aquellos monjes de la Catedral de Canterbury, la verdad es que, también encontramos entre los testigos a famosos astrónomos como el mismísimo Herschel, descubridor de Urano, que en 1783 creyó ver un repentino destello rojizo en el hemisferio no iluminado de la Luna. Los resplandores rojizos constituyen el aspecto más llamativo de la mayoría de las observaciones de este tipo de fenómenos.

                                          Los sentidos nos pueden confundir pero, ¡cuándo el río suena!

Muchos son los  que se han recogido sobre este tipo de fenómenos en la Luna, y, su diversidad y abundancia, nos lleva a pensar que, fenómenos hay, lo que hace falta es que despejémos las incognitas y podamos dar con los diversos orígenes de los mismos. El fogonazo del Cráter Alphonsus observado por Kozyrev en 1958 es uno de esos extraños fenómenos.

El artífice del espectáculo de las Leónidas es el cometa Temple- Tuttle, descubierto en 1865. La corriente de corpúsculos que este objeto celeste va dejando en el espacio al describir su órbita es atravesada todos los años por la Tierra en torno al 16-17 de noviembre, pero cada treinta y tres años el cometa se adentra en la partem interior del Sistema Solar y alcanza su perihelio, lo que da lugar a extraordinarias tormentas de “estrellas fugaces”, como las que se observaron en 1966 y 1999.

Merced a los escasos 384 000 Kilómetros de distancia que separan la Tierra de la Luna, puede considerarse que ambas viajan juntas por el espacio y, por tanto, atraviesan al mismo tiempo las corrientes meteóricas que dejan el Tempel-Tuttle y otros cometas. Era evidente que el mes de noviembre de 1999 se presentaba como una magnifica ocasión para analizar la incidencia de las Leónidas en la Luna, de esta forma, se han conseguido detectar, por primera vez los destellos luminosos causados por los impactos y fragmentos del Cometa sobre la superficie lunar. El Estudio fue realizado por:  El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Centro Hispano-Alemán de Calar Alto (Almería), en colaboración con la Universidad de Monterrey (México).

Muchos son los instrumentos con los que podemos contar para realizar toda clase de observaciones del cielo profundo, y, la Luna, al estar más cerca y casi a nuestro lado (384 000 Km de distancia en el espacio…es bien poca cosa), nos abre la posibilidad de conocerla mejor.

El papel desempeñado por las colisiones meteóricas en la evolución de la Tierra y la Luna no ha dejado de sorprender a los científicos desde hace tres décadas, pero la teória más fascinante es la que ha obtenido una mayoritaria aceptación relativamente reciente tras décadas de discusión: El origen de la Luna es la consecuencia de una de las mayores catátrofes cósmicas ocurridas en el Sistema Solar, al chocar contra la Tierra un planetoide de varios miles de kilómetros de diámetro. Esa colisión, se cree que se produjo hace unos 4.500 millones de años, poco después de la formación de nuestro planeta, y el planetoide intruso, mezclado con la enorme masa de materiales que arranco del manto terrestre a causa del impacto, acabó transformándose en la Luna con el paso del Tiempo. La coincidencia de la composición lunar con los materiales pesentes en las capas exteriores de la Tierra concuerda con esa teoría, que es la mejor asentada en la actualidad acerca del nacimiento de la Luna.

Con certeza no podemos saber si en realidad ocurrió así. Sin embargo, es lo cierto que de haber sucedido de esa manera, aquél drámatico Caos en la joven Tierra, nos proporcionó una bonita compañera de viaje que nos acompañó y fue testigo callado de todas esas Civilizaciones perdidas de la Antigüedad.

Es bien conocida la interacción gravitatoria que la Luna intercambia con la Tierra y los fenómenos mareales que esa fuerza produce, y, de la misma manera, se cree que otros fenómenos también son producto de la proximidad del satélite de la Tierra que, los Humanos, desde tiempo inmemoriales, ha utilizado para muchas de sus de su actividades de todo tipo, atribuyéndo a sus rayos de plata unos  poderes que no siempre serían beneficiosos.

  Escapar del planeta Tierra, es difícil, costoso y peligroso. Sin embargo, de la Luna sería barato y fácil

El diámetro de la Luna es de 3 476 Km y su masa de 7,348 x 1022 Kg, su volumen es un 0,12% del de la Tierra, y, su velocidad de escape es de 0,02 Km/s, mientras que conseguir que una nave escape de la fuerza de Gravedad terrestre, nos hace tener que vencerla mediante una velocidad de 11 Km/s, con lo cual, las ventajas de una Base lunar serían enormes.

Mucho más podríamos estar hablando sobre la Luna y sus enigmas. Muchos de los datos que aquí han sido reseñados se tomaron del libro de Vicente Aupi: Los Enigmas del Cosmos. Otros, han sido rescatados de la Biblioteca, sección del espacio, y, algunos…de mi archivo mental.

Un saludo amigos.

emilio silvera

Partículas, antipartículas, fuerzas…

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

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Bajo la “definición basada en quarks y leptones”, las partículas elementales y compuestas formadas de quarks (en púrpura) y leptones (en verde) serían la “materia”; mientras los bosones “izquierda” (en rojo) no serían materia. Sin embargo, la energía de interacción inherente a partículas compuestas (por ejemplo, gluones, que implica a los neutrones y los protones) contribuye a la masa de la materia ordinaria.

 

 

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Esquema de una aniquilación electrón-positrón.

 

Ya hemos descrito en trabajos anteriores las dos familias de partículas elementales: Quarks y Leptones. Pero hasta ahí, no se limita la sociedad del “universo” infinitesimal. Existen además las antifamilias. A quarks y electrones se asocian, por ejemplo, antiquarks y antielectrones. A cada partícula, una antipartícula.

Uno de los primeros éxitos de la teoría relativista del campo cuántico fue la predicción de las antipartículas: nuevos cuantos que eran la imagen especular de las partículas ordinarias. Las antipartículas tienen la misma masa y el mismo spin que sus compañeras las partículas ordinarias, pero cargas inversas. La antipartícula del electrón es el positrón, y tiene, por tanto, carga eléctrica opuesta a la del electrón. Si electrones y positrones se colocan juntos, se aniquilan, liberando la energía inmensa de su masa según la equivalencia masa-energía einsteniana.

                      Una partícula y su antipartícula no pueden coexistir: hay aniquilación de ambas.

¿Cómo predijeron los físicos la existencia de antipartículas? Bueno, por la «interpretación estadística» implicaba que la intensidad de un campo determinaba la probabilidad de hallar sus partículas correspondientes. Así pues, podemos imaginar un campo en un punto del espacio describiendo la creación o aniquilación de sus partículas cuánticas con una probabilidad concreta. Si esta descripción matemática de la creación y aniquilación de partículas cuánticas se inserta en el marco de la teoría relativista del campo cuántico, no podemos contar con la posibilidad de crear una partícula cuántica sin tener también la de crear un nuevo género de partícula: su antipartícula. La existencia de antimateria es imprescindible para una descripción matemáticamente coherente del proceso de creación y aniquilación según la teoría de la relatividad y la teoría cuántica.

La misteriosa sustancia conocida como “materia oscura” puede ser en realidad una ilusión, creada por la interacción gravitacional entre partículas de corta vida de materia y antimateria. Un mar hirviente de partículas en el espacio puede crear la gravedad repulsiva.

Puede ser posible que las cargas gravitacionales en el vacío cuántico podrían proporcionar una alternativa a la “materia oscura”. La idea se basa en la hipótesis de que las partículas y antipartículas tienen cargas gravitacionales de signo opuesto. Como consecuencia, los pares de partícula-antipartícula virtuales en el vacío cuántico y sus dipolos de forma gravitacional (una carga gravitacional positivos y negativos) pueden interactuar con la materia bariónica para producir fenómenos que se suele atribuir a la materia oscura. Fue el  físico del CERN, Dragan Slavkov Hajdukovic, quien propuso la idea, y demostró matemáticamente que estos dipolos gravitacionales podrían explicar las curvas de rotación de las galaxias observadas sin la materia oscura en su estudio inicial. Sin embargo,  señaló que quedaba mucho por hacer.

Pero sigamos con la cuántica…

El pionero en comprender que era necesario que existiesen antipartículas fue el físico teórico Paul Dirac, que hizo varías aportaciones importantes a la nueva teoría cuántica. Fue él quien formuló la ecuación relativista que lleva hoy su nombre, y a la que obedece el campo electrónico; constituye un descubrimiento comparable al de las ecuaciones del campo electromagnético de Maxwell. Cuando resolvió su ecuación, Dirac se encontró con que además de describir el electrón tenía soluciones adicionales que describían otra partícula con una carga eléctrica opuesta a la del electrón. ¿Qué significaría aquello? En la época en que Dirac hizo esta observación, no se conocían más partículas con esta propiedad que el protón. Dirac, que no deseaba que las partículas conocidas proliferasen, decidió que las soluciones adicionales de su ecuación describían el protón.

Pero, tras un análisis más meticuloso, se hizo evidente que las partículas que describían las soluciones adicionales tenían que tener exactamente la misma masa que el electrón. Quedaba así descartado el protón, cuya masa es por lo menos, 1.800 veces mayor que la del electrón. Por tanto, las soluciones adicionales tenían que corresponder a una partícula completamente nueva de la misma masa que el electrón, pero de carga opuesta: ¡El antielectrón! Esto quedó confirmado a nivel experimental en 1932 cuando Carl Anderson, físico del Instituto de Tecnología de Calífornia, detectó realmente el antielectrón, que hoy se llama positrón.

Antes de empezar, debemos recordar que el Premio Nobel de Física de 1936 se repartió a partes iguales entre Victor Franz Hess y Carl David Anderson. Merece la pena leer la Nobel Lecture de Carl D. Anderson, “The production and properties of positrons,” December 12, 1936, quien nos explica que en esta imagen un “electrón” de 63 MeV atraviesa un placa de plomo de 6 mm y emerge con una energía de 23 MeV, pero lo hace con la curvatura “equivocada” como si fuera una partícula de carga positiva, como si fuera un protón pero con la masa de un electrón. La Nobel Lecture muestra muchas otras fotografías de positrones y electrones. Anderson afirma: “The present electron theory of Dirac provides a means of describing many of the phenomena governing the production and annihilation of positrons.”

Por otro lado, el Premio Nobel de Física de 1933 se repartió a partes iguales entre Erwin Schrödinger y Paul Adrien Maurice Dirac. También vale la pena leer la Nobel Lecture de Paul A. M. Dirac, “Theory of electrons and positrons,” December 12, 1933, aunque no cuente la historia de su descubrimiento, afirma que su ecuación predice el “antielectrón” de soslayo: ”There is one other feature of these equations which I should now like to discuss, a feature which led to the prediction of the positron.” (fuente: Francis (th)E mule Science’s News).

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La aparición de las antipartículas cambió definitivamente el modo de pensar de los físicos respecto a la materia. Hasta entonces, se consideraba la materia permanente e inmutable. Podían alterarse las moléculas, podían desintegrarse los átomos en procesos radiactivos, pero los cuántos fundamentales se consideraban invariables. Sin embargo, tras el descubrimiento de la antimateria realizado por Paul Dirac hubo que abandonar tal criterio. Heisenberg lo expresaba así:

“Creo que el hecho de que Dirac haya descubierto partículas y antipartículas, ha cambiado toda nuestra visión de la física atómica… creo que, hasta entonces, todos los físicos habían concebido las partículas elementales siguiendo los criterios de la filosofía de Demócrito, es decir, considerando esas partículas elementales como unidades inalterables que se hallan en la naturaleza como algo dado y son siempre lo mismo, jamás cambian, jamás pueden transmutarse en otra cosa. No son sistemas dinámicos, simplemente existen en sí mismas. Tras el descubrimiento de Dirac, todo parecía distinto, porque uno podía preguntar: ¿por qué un protón no podría ser a veces un protón más un par electrón-positrón, etc.?… En consecuencia, el problema de la división de la materia había adquirido una dimensión distinta.”

 

Dado que la antimateria tiene la misma masa que la materia, es decir son de la misma magnitud y signo (la definición de masa es positiva siempre), el efecto gravitacional de la antimateria no debe ser distinto de la materia, es decir, siempre sera un efecto atractivo. Pero, ¿acaso no importa la equivalencia establecida de antipartícula viajando al futuro = partícula viajando al pasado?

                Existe un “universo” que se nos escapa de la comprensión

 

La respuesta es sí. Dicha equivalencia proviene de algo llamado simetría CPT (Charge-Parity-Time), y nos dice que la equivalencia entre las partículas y antipartículas no solo corresponde a realizar una transformación sobre la carga, sino también sobre la paridad y el tiempo. La carga no afecta la gravedad, pero la paridad y el tiempo si la afectan. En otras palabras, al modificarse el tiempo (poner el tiempo al reves) y el espacio (la paridad es “girar” el espacio), estamos alterando el espacio-tiempo, y como la teoría general de la relatividad lo afirma, es la geometría de este el que determina la gravedad.

El carácter mutable de la materia se convirtió en piedra angular de la nueva física de partículas. El hecho de que partículas y antipartículas puedan crearse juntas a partir del vacío si se aporta energía suficiente, no sólo es importante para entender cómo se crean las partículas en aceleradores de alta energía, sino también para entender los procesos cuánticos que se produjeron en el Big Bang.

Partículas y campos, clásicos y cuánticos. Las nociones clásicas de partícula y campo comparadas con su contrapartida cuántica. Una partícula cuántica está deslocalizada: su posición se reparte en una distribución de probabilidad. Un campo cuántico es equivalente a un colectivo de partículas cuánticas.

Como ya lo hemos expresado, el conocimiento que se obtuvo sobre la existencia de antifamilias de partículas o familias de antipartículas es una consecuencia de la aplicación de la teoría relativista del campo cuántico, para cada partícula existe una partícula que tiene la misma masa pero cuya carga eléctrica (y otras llamadas cargas internas) son de signo opuesto. Estas son las antipartículas. Así, al conocido electrón, con carga negativa, le corresponde un «electrón positivo» como antipartícula, llamado positrón, descubierto en 1932. El antiprotón, descubierto en 1956, tiene la misma masa que el protón, pero carga eléctrica negativa de igual valor. El fotón, que no tiene masa ni carga eléctrica, puede ser considerada su propia antipartícula.

Un agujero negro es un objeto que tiene tres propiedades: masa, espin y carga eléctrica. La forma del material en un agujero negro no se conoce, en parte porque está oculta para el universo externo, y en parte porque, en teoría, el material continuaría colapsando hasta tener radio cero, punto conocido como Singularidad, de densidad infinita.

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Un agujero negro tiene tres propiedades: masa, espín y carga eléctrica. La forma del material de un agujero negro no se conoce, en parte porque está oculta para el universo externo, y en parte porque, en teoría, el material continuaría colapsando hasta tener radio cero, punto conocido como singularidad, de densidad infinita.

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La luz (fotones), no son una onda distinta que un electrón o protón, etc.

1°- “No se dispersan”, no son más pequeñas, como las ondas del agua (olitas) cuando tiramos una piedrita, a medida que se alejan de su centro; sino que en el caso de la luz son menos partículas, pero son siempre el mismo tipo de onda (determinada frecuencia), igual tamaño.

2°- Las ondas con más energía son más grandes, los fotones al igual que las partículas son más pequeñas, contra toda lógica (contracción de Lorentz).

3°- No necesitan de un medio material para desplazarse. Viajan en el vacío. El medio que usan para viajar, es el mismísimo espacio.

4°- Su cualidad de onda no es diferente de las partículas. Lo podemos ver en la creación de pares y la cualidad de onda de las partículas, etc. En ningún momento la partícula, es una cosa compacta (ni una pelotita), siempre es una onda, que no se expande. En la comparación con la ola, sería como un “montón” o un “pozo” de agua, con una dirección, lo que conocemos como ecuación de Schrödinger. En ningún momento la partícula, es una pelotita; la ola sobre el agua, no es un cuerpo que se mueve sobre el agua, no es un montón de agua que viene (aunque parece), sino una deformación del agua. Así la partícula, no es un montón de algo, sino una deformación del espacio.

La curvatura está relacionadas con la probabilidad de presencia, no es una bolita que está en uno de esos puntos, sino que es una onda en esa posición. El fotón es una onda que no necesita de un medio material para propagarse, se propaga por el espacio vacío. Así como una onda de sonido es una contracción-expansión del medio en que se propaga, el fotón es una contracción-expansión del espacio (del mismísimo espacio), razón por la cual entendemos que el espacio se curva, se contrae y expande. La rigidez del medio, da la velocidad de la deformación (velocidad de  la onda), en el caso de la rigidez del espacio da una velocidad “c”.Esta onda por causa de la contracción del tiempo (velocidad “c”), no se expande, sino que se mantiene como en su origen (para el observador ), como si fuese una “burbuja”, expandida o contraída, en cada parte, positiva-negativa

Cada partícula está caracterizada por un cierto número de parámetros que tienen valores bien definidos: su masa, carga eléctrica, spin o rotación interna y otros números, conocidos como cuánticos. Estos parámetros son tales que, en una reacción, su suma se mantiene y sirve para predecir el resultado. Se dice que hay conservación de los números cuánticos de las partículas. Así, son importantes el número bariónico, los diversos números leptónicos y ciertos números definidos para los quarks, como la extrañeza, color, etc. Estos últimos y sus antipartículas tienen cargas eléctricas (± 1/3 o ± 2/3) y números bariónicos (±1/3) fraccionarios. No todos los números asociados a cada partícula han sido medidos con suficiente precisión y no todas las partículas han sido detectadas en forma aislada, por lo menos de su ligamento, como el caso de los quarks y de los gluones.

los quarks y de los gluones.

Los gluones son una especie de «partículas mensajeras» que mantienen unidos a los quarks. Su nombre proviene del término inglés “glue”, que significa pegamento, en español quizás podría ser gomón. Ahora, en cuanto a los quarks, ya hicimos referencia de ellos anteriormente. Pero recordemos aquí, que fueron descubiertos en 1964 por Murray Gell-Mann, como los componentes más reducidos de la materia. Hasta entonces se pensaba que los átomos consistían simplemente en electrones rodeando un núcleo formado por protones y electrones.

En estado natural, quarks y gluones no tienen libertad. Pero si se eleva la temperatura a niveles 100.000 veces superiores, como se ha hecho en aceleradores de partículas, a la del centro del Sol, se produce el fenómeno del desconfinamiento y por un brevísimo tiempo quedan libres. En ese preciso momento aparece lo que se suele llamar plasma, «una sopa de quarks y gluones» que equivale al estado en que se podría haber encontrado la naturaleza apenas una milésima de segundo luego del Big Bang.

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Recientemente se ha descubierto un nuevo estado de la materia, esta vez a niveles muy altos de energía, que los científicos han denominado Plasma Gluón-Quark. La transición ocurre a temperaturas alrededor de cien mil millones de grados y consiste en que se rompen las fuertes ligaduras que mantienen unidos los quarks dentro de los núcleos atómicos. Los protones y neutrones están formados, cada uno, por 3 quarks que se mantienen unidos gracias a los gluones (El gluón es la partícula portadora de interacción nuclear fuerte, fuerza que mantiene unida los núcleos atómicos). A temperaturas superiores se vence la fuerza nuclear fuerte y los protones y neutrones se dividen, formando esta sopa denominada plasma Gluón-Quark.

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Pero por ahora aquí, nos vamos a quedar con los quarks al natural. Normalmente, los quarks no se encuentra en un estado separados, sino que en grupos de dos o tres. Asimismo, la duración de las vidas medias de las partículas, antes de decaer en otras, es muy variable (ver tablas).

Por otra parte, las partículas presentan una o más de las siguientes interacciones o fuerzas fundamentales entre ellas. Por un lado se tiene la gravitación y el electromagnetismo, conocidas de la vida cotidiana. Hay otras dos fuerzas, menos familiares, que son de tipo nuclear y se conocen como interacciones fuertes y débiles.

La gravitación afecta a todas las partículas, es una interacción universal. Todo cuerpo que tiene masa o energía está sometido a esta fuerza. Aunque es la más débil de las interacciones, como las masas son siempre positivas y su alcance es infinito, su efecto es acumulativo. Por ello, la gravitación es la fuerza más importante en cosmología.

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                            Los campos magnéticos están presentes por todo el Universo

La fuerza electromagnética se manifiesta entre partículas con cargas eléctricas. A diferencia de las demás, puede ser de atracción (entre cargas de signos opuestos) o de repulsión (cargas iguales). Esta fuerza es responsable de la cohesión del átomo y las moléculas. Mantiene los objetos cotidianos como entidades con forma propia. Un vaso, una piedra, un auto, el cuerpo humano. Es mucho más fuerte que la gravitación y aunque es de alcance infinito, las cargas de distinto signo se compensan y sus efectos no operan a grandes distancias. Dependiendo de las circunstancias en que actúen, estas interacciones pueden manifestarse como fuerzas eléctricas o magnéticas solamente, o como una mezcla de ambos tipos.

La Fuerza Nuclear Débil: otra fuerza nuclear, considerada mucho más débil que la Fuerza Nuclear Fuerte. El fenómeno de decaimiento aleatorio de la población de las partículas subatómicas (la radioactividad) era difícil de explicar hasta que el concepto de esta fuerza nuclear adicional fue introducido.

La interacción nuclear débil es causa de la radioactividad natural y la desintegración del neutrón. Tiene un rol capital en las reacciones de fusión del hidrógeno y otros elementos en el centro de las estrellas y del Sol. La intensidad es débil comparada con las fuerzas eléctricas y las interacciones fuertes. Su alcance es muy pequeño, sólo del orden de 10-15 cm.

Archivo:CNO Cycle.svg

La interacción fuerte es responsable de la cohesión de los núcleos atómicos. Tiene la intensidad más elevada de todas ellas, pero es también de corto alcance: del orden de 10-13 cm. Es posible caracterizar las intensidades de las interacciones por un número de acoplamiento a, sin dimensión, lo que permite compararlas directamente:

Fuerte as = 15

Electromagnéticas a = 7,3 x 10-3

Débil aw 3,1 x 10-12

Gravitacional aG = 5,9 x 10-39

Por otro lado, la mecánica cuántica considera que la interacción de dos partículas se realiza por el intercambio de otras llamadas «virtuales». Tienen ese nombre porque no son observables: existen por un tiempo brevísimo, tanto más corto cuanto mayor sea su masa, siempre que no se viole el principio de incertidumbre de Heisenberg de la teoría cuántica (que en este contexto dice que el producto de la incertidumbre de la energía por el tiempo de vida debe ser igual o mayor que una constante muy pequeña). Desaparecen antes de que haya tiempo para que su interacción con otras partículas delate su existencia.

Monografias.com

                                 El fotón  virtual común se desplaza hacia la partícula menos energética.

Dos partículas interactúan al emitir una de ellas una partícula virtual que es absorbida por la otra. Su emisión y absorción cambia el estado de movimiento de las originales: están en interacción. Mientras menos masa tiene la partícula virtual, más lejos llega, mayor es el rango de la interacción. El alcance de la interacción es inversamente proporcional a la masa de la partícula portadora o intermedia. Por ejemplo, la partícula portadora de la fuerza electromagnética es el fotón, de masa nula y, por lo tanto, alcance infinito. La interacción gravitacional también tiene alcance infinito y debe corresponder a una partícula de masa nula: se le denomina gravitón. Naturalmente tiene que ser neutro. (Aún no ha sido vistos ni en pelea de perros).

Resultado de imagen de Bosones W+, W- y Zª

Como ya hicimos mención de ello, a las fuerzas nucleares se les asocian también partículas portadoras. Para la interacción débil estas partículas se llaman bosones intermedios, expresados como W+, W- y Zº (neutro). El W- es antipartícula del W+. Los W tienen masas elevadas comparadas con las otras partículas elementales. Lo de bosones les viene porque tienen spin entero, como el fotón y el gravitón, que también los son, pero que tienen masas nulas. Las fuerzas fuertes son mediadas por unas partículas conocidas como gluones, de los cuales habría ocho. Sin embargo, ellos no tienen masa, pero tienen algunas de las propiedades de los quarks, que les permiten interactuar entre ellos mismos. Hasta ahora no se han observado gluones propiamente tal, ya que lo que mencionamos en párrafos anteriores corresponde a un estado de la materia a la que llamamos plasma. Claro está, que es posible que un tiempo más se puedan detectar gluones libres cuando se logre aumentar, aún más, la temperatura, como está previsto hacerlo en el acelerador bautizado como “Relativistic Heavy Ion Collider”, empotrado en Estados Unidos de Norteamérica.

TABLA DE LAS PRINCIPALES PROPIEDADES DE LAS PARTÍCULAS PORTADORAS DE LAS INTERACCIONES FUNDAMENTALES

tabla3

Una partícula y su antipartícula no pueden coexistir si están suficientemente cerca como para interactuar. Si ello ocurre, ellas se destruyen mutuamente: hay aniquilación de las partículas. El resultado es radiación electromagnética de alta energía, formada por fotones gamma. Así, si un electrón está cercano a un positrón se aniquilan en rayos gamma. Igual con un par protón-antiprotón muy próximos.

La reacción inversa también se presenta. Se llama «materialización o creación de partículas» de un par partícula-antipartícula a partir de fotones, pero se requieren condiciones físicas rigurosas. Es necesario que se creen pares partícula-antipartícula y que los fotones tengan una energía mayor que las masas en reposo de la partículas creadas. Por esta razón, se requieren fotones de muy alta energía, de acuerdo a la relación de Einstein E=mc2 . Para dar nacimiento a electrones/positrones es necesario un campo de radiación de temperaturas mayores a 7×109 °K. Para hacer lo mismo con pares protón/antiprotón es necesario que ellas sean superiores a 2×1012 °K. Temperaturas de este tipo se producen en los primeros instantes del universo.

Resultado de imagen de Gran emisión de rayos gamma

Resultado de imagen de Gran emisión de rayos Gamma

Se detectan grandes emisiones de rayos gamma en explosiones supernovas y otros objetos energéticos

Los rayos gamma están presentes en explosiones de supernovas, colisión de estrellas de neutrones… Todos los sucesos de altas energías los hace presente para que nuestros ingenios los detecten y podamos conocer lo que la materia esconde en lo más profundo de sus “entrañas”. Aún no hemos podido conocer en profundidad la materia ni sabemos, tampoco, lo que realmente es la luz.

emilio silvera