sábado, 08 de agosto del 2020 Fecha
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¿Qué puede existir dentro de un agujero Negro?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (1)

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Nuestro contertulio y amigo Kike, en uno de sus comentarios nos viene a comunicar la noticia que ha dado algún medio sobre un hecho insólito: “Un científico dice haber demostrado que dentro de los agujeros negros se forman grandes cantidades de estrellas”. La Incredulidad fue lo primero que sentí cuando leí tal cosa.

 

 

Representación gráfica del agujero negro GRO J1655-40, en el Sistema Solar

 

Si pensamos un poco en el interior de los agujeros negros, encontramos un lugar en el que, los físicos, han machacado sus sesos luchando con las ecuaciones de einstein de la  Relatividad General, para buscar el secreto mejor guardado del Universo, ya que, nada que haya entrado en uno de estos exóticos objetos ha podido nunca salir para contarnos lo que allí pueda existir. Unos creen que podríamos encontrar un camino hacia otro universo y, lo más probable es que encontremos una singularidad con gravedad de marea infinita. Es decir, el fin del espacio y del tiempo, el nacimiento de la espuma cuántica.

 

 

 

Resultado de imagen de Espuma cuántica

 

“Recientemente, a partir de la observación del comportamiento de los fotones procedentes de los rayos cósmicos, se han obtenido límites para la granularidad del espacio-tiempo, y se ha encontrado que en escalas en las que ya deberían observarse trazas de la espuma cuántica, éste se muestra completamente suave. A la espera de más resultados de este tipo, pues aún son preliminares, surgen preguntas apasionantes. ¿De confirmarse la suavidad del espacio-tiempo implicaría que la mecánica cuántica no se aplica a los campos gravitatorios? ¿Es la escala de Planck inadecuada para resolver la espuma cuántica, y por qué es así, pues la deducción se basa en principios fundamentales bien establecidos? ¿Qué falla entonces en nuestros modelos?

 

No sabemos en realidad lo que puede existir dentro de un agujero Negro. ¿cómo poder saberlo? sabemos que ninguna señal puede salir nunca de un lugar como ese para poder darnos la respuesta. sea lo que fuese que pudiera existir allí dentro, nunca podrá, ningún intrépido viajero,  volver al exterior para contarnos tal maravilla, un lugar de infinita curvatura y densidad, allí donde el tiempo deja de existir, un lugar que lo que pueda contener nunca podrá influir en nuestro Universo, toda vez que allí estará confinido para siempre.

 

 

 

Imagen relacionada

 

 

Está claro que la curiosidad que llevamos con nosotros, no puede quedar satisfecha con éstas sencilla explicaciones, necesita más argumentación para poder comprender, a ciencia cierta, lo que en el agujero negro se pueda esconder. sin embargo, John archibal wheeler nos enseñó la importancia de la búsqueda para comprender el “corazón” de un agujero Negro.  Él creía  que el estado final de la materia dentro del agujero Negro, lo que quedaba después de la Implosión de una estrella masiva, era el “Santo Grial” de la física teórica, un conocimiento tan valioso que nos podría llevar a la comprensión final de lo que la materia es.

 

 

Intenso campo magnético de agujero negro supermasivo

 

 

Astrónomos de la Universidad Tecnológica Chalmers han utilizado el telescopio gigante Alma para revelar un extremadamente poderoso campo magnético muy cerca de un agujero negro supermasivo en una galaxia distante. Los resultados aparecen en la edición del 17 de abril de 2015 de la revista Science.
Claro que hablar de agujeros negros sería incomprensible sin escuchar lo que nos decía sobre ellos algunos físicos que dedicaron su vida al estudio de estos extraños objetos cosmológicos. J. Robert Oppenheimer fue el que nos dijo que la singularidad quedaba oculta por el Horizonte de suscesos, y, de esa manera, el interior del agujero quedaba oculto desde el exterior.
Representación de una estrella, el chorro de materia que va hacia el agujero negro y el disco que se forma en torno a este
Lo cierto es que, de lo que no podemos tener ninguna duda es del hecho cierto de que, la fuerza gravitatoria generada por la Singularidad del agujero negro, es tan potente que atrae hacia sí el material circundante que engulle y se hace cada vez mayor.
Está claro que cuando hablamos de los agujeros negros lo hacemos de algo que aún esconde muchos misterios, lo que sucede cuando se forma un agujero negro es muy semejante a lo que dicen que sería el final del universo mediante el Big Crunch, es decir, todo el material de una estrella masiva al final de su vida, al quedar sin material nuclear de fusión que está agotado, se queda a merced de la gravedad e implosiona sobre sí misma, de manera tal que su ingente masa se va contrayendo más y más hasta el punto de que desaparece literalmente de nuestra vista, se ha convertido en una singularidad de energía y densidad infinitas, la curvatura cierra el círculo y el tiempo desaparece.
“Para conservar la “monogamia” cuántica, Polchinski sugirió que el enlazamiento agujero negro-fotón se rompe. Esto produce un muro de energía en el horizonte de sucesos del agujero negro que echa por tierra la relatividad debido a que cualquiera que caiga se quemaría en lugar de volverse espagueti. Bienvenido a la paradoja del muro de fuego (“firewall”) del agujero negro.

Abundan las posibles soluciones, pero ahora dos físicos, Juan Maldacena del Instituto de Estudio Avanzado en Princeton, y Leonard Susskind de la Universidad Stanford, California, han presentado una más audaz: una nueva clase de agujero de gusano en que el enlazamiento no necesita romperse. “
Resultado de imagen de La singularidad
Cuando la estrella Implosiona bajo el peso de su propia masa y la fuerza gravitatoria que ésta genera, se crea un horizonte de sucesos alrededor del agujero negro en formación, la estrella esférica original sigue implosionando, inexorablemente, hasta alcanzar la densidad infinita y el volumen cero, después de lo cual crea y se funde en una singularidad espacio-temporal.
La singularidad es una región donde -según las leyes de la relatividad- la curvatura del espacio-tiempo se hace infinitamente grande y el espacio-tiempo deja de existir. Puesto que la gravedad de marea es una manifestación de la curvatura espacio-temporal. Así, podemos decir que una singularidad es también una región de gravedad de marea infinita, es decir, una región en donde la gravedad ejerce un tirón infinito sobre todos los objetos a lo largo de algunas direcciones y una compresión infinita a lo largo de otras.
Después de estas sencillas explicaciones, mal podemos comprender lo que dice el científico del que nos habla Kike en su comentario ¡formar estrellas en el interior de un agujero negro! La idiosincrasia del agujero lo impide.
Me gustaría seguir y hacer mucho más largo el trabajo sobre el apasionante tema de los agujeros negros y lo que de ellos podemos esperar pero, sinceramente creo que, encontrar en su interior cúmulos de estrellas… No parece lo más acertado.
emilio silvera

en el Universo se crean estrellas y… ¡Pensamientos!

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

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Mucho antes de que llegara las revoluciones científicas que todos tenemos en la mente, la Naturaleza parecía estar regida por el Caos: Terremotos, volcanes que oscurecían el cielo lanzando el humo acompañado de cenizas, lluvias torrenciales y el rayo, tifones, enfermedades incurables de la que morían millones de personas, las hanbrunas que azotaban a tantas criaturas y, nadie podía explicar el comportamiento del viento, aquellas tempestades marinas, o, temblores de la Tierra inesperados que traían la destrucción y la muerte.

Todo aquello, que ser el resultado de que, enfurecidos dioses, castigaban las impurezas del mundo y de sus criaturas. En absoluto sugería nadie que pudieran existir leyes “sencillas” y ordenadas con las que se pudieran explicar tal confusión en el comportamiento de una Naturaleza que, lo mismo se presentaba esplendorosa,  que rugía sembrando el miedo y el dolor de mil maneras distintas.

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                               Tardamos mucho en comprender, como era nuestro Sistema solar

Allí donde se percibía orden en el universo, este orden se atribuía a la respuesta que daban los objetos físicos a una necesidad de que se preservaran la armonía y el orden siempre que fuera posible -se suponía las órbitas de los planetas y del Sol alrededor de la Tierra y que eran círculos, porque los círculos eran perfectos-, los objetos caían hacia el suelo porque el centro de la Tierra marcaba el centro de todo y todo tendía a confluir hacia aquel lugar, el centro de simetría de todo el universo.

Acordaos que, el filósofo Aristarco de Samos, se atrevió a expresar sus ideas y dijo que, la Tierra y todos los planetas se movían alrededor del Sol. ¡Claro, nadie le prestó la menor atención! y, muchísimos años más tarde, tuvo que venir Copérnico, allá por el año 1543,  diciendo lo mismo para pasar a la historia. Su De Revolutionibus Orbium Coelestrum quedó terminado en lo esencial en 1530 y, a cuando se publicó, hizo exclamar, en 1539, a Martín Lutero: “Este loco desea volver de revés toda la astronomía; pero las Sagradas Escrituras nos dicen que Josué ordenó al Sol que se detuviera, no a la Tierra”. Galileo replicó más tarde, respondiendo a críticas similares: “La Biblia nos muestra la manera de llegar al cielo, no la manera en que se mueven los cielos”.

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Retrato de Kepler de un artista desconocido (ca. 1610)

Tuvo que llegar Kepler, quien, utilizando las observaciones minuciosamente recopiladas por Tycho Brahe, señaló, para aqueloos que tuvieran los ojos bien abiertos que, el planeta Marte no sólo se movía alrededor del Sol sino que, su órbita, era elíptica, echando así por tierra la antigua perfección circular, preferida por los clásicos griegos .

Ahora, pasado el tiempo y mirando hacia atrás, podemos ver con diáfana claridad, muchos ejemplos que podrían ilustrar la diferencia tan brutal que existe entre la ciencia de los antiguos y la de tiempos posteriores a partir de Galileo. Es cierto que los antiguos griegos fueron unos matemáticos excelentes, en particular, unos  geómetras de primera. También es cierto que aquella geometría que imperó durante más de dos mil años entre nosotros (aún hoy,  alguna perdura), tenía sus raíces en culturas más antiguas.

[FNT 2]

Galileo y el péndulo. La Historia nos habla del primer experimentador serio de la historia. Experimentó para demostrar el tiempo que invertía el péndulo en realizar una oscilación completa que resultó ser siempre la misma, tanto si recorría un amplio arco como si describía uno pequeño. Experimentos posteriores demostraron que ese tiempo dependía de la longitud del péndulo. Este es el fundamento del reloj de péndulo (diseñó uno que llegó a construir su hijo). Posteriormente utilizó el péndulo como preciso cuando realizó experimentos para estudiar el comportamiento de unas bolas que rodaban hacia abajo por una rampa. Estos experimentos le servían para estudiar la caída de objetos para investigar los efectos que producía la Gravedad sobre los cuerpos en movimiento.

Él desarrolló el concepto de aceleración: Una velocidad constante de 9,8 metros por segundo significa que cada segundo el objeto en movimiento cubre una distancia de 9,8 metrtos. Él descubrió que los objetos que caen se mueven cada vez más rápidos, con una velocidad que aumenta cada segundo y que el aumento, era uniforme, siempre el mismo. También observó como aquellas bolas que caen por la rampa, se frenan a causa del rozamiento. Aquello era física pura dándo sus primeros pasos y camino de la relatividad, la termodinámica y la mecánica cuántica.

Fue un grande entre los gigantes. Se le suele recordar como el fundador del método experimental de la física; su imagen va asociada con la del telescopio y el plano inclinado, con los instrumentos que diseñó y armó para observar y medir. También es famosa su polémica con los aristotélicos de su tiempo que se limitaban a citar a los clásicos y pensar cómo debían ser los movimientos de los cuerpos, en vez de observarlos. Por último, ¿quién no conoce la anécdota del atrevido maestro arrojando dos cuerpos de diferente peso desde la Torre de Pisa? (Anécdota probablemente apócrifa pero, como dicen los italianos, Se non è … è ben trovatto! ).

Fue una combinación del descubrimiento de las órbitas elípticas por parte de Kepler, y de la teoría de Galileo sobre la aceleración y el método científico, lo que preparó el camino para el mayor descubrimiento científico del siglo XVII, y quizá de todos los siglos: la Ley de la Gravitación universal de Newton que cerró con el broche de oro que conocemos por su gran obra: Philosophiae Naturalis Principia Mathemática, más conocida coloquialmente como los Principia, publicada en 1687.

Newton adoptó y perfeccionó la idea de Galileo, valorando de manera positiva los deliberadamente simplificados (como los planos sin rozamiento) para utilizarlos en la descripción de aspectos concretos del mundo real. Por ejemplo, una característica fundamental de los trabajos de Newton sobre la Gravedad y las órbitas  es el hecho de que, en sus cálculos realtivos a los efectos de la Gravedad, él consideró objetos tales como Marte, la Luna o una , como si toda su masa estuviera concentrada en un solo punto, y de esta manera, siempre que nos encontremos en el exterior del objeto en cuestión, su influencia gravitatoria se mide en función de nuestra distancia a dicho a dicho punto, que es el centro de masa del objeto /y asimismo el centro geométrico, si el objeto es una esfera).

Allí quedaron para las generaciones venideras las Leyes del movimiento de Newton, que copnstituyen la de trescientos años de ciencia, pero que puede resumirse de una forma muy sencilla y que marcan el desarrollo del modo científico de observar el mundo.

Para resolver un problema en mecánica, lo único que necesito es las tres leyes de Newton

- Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas transmitidas sobre él.

- El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz transmitida y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

- Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.

Esta y tercera ley es completamente original de Newton (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico .

El problema de los tres cuerpos fue, totalmente inabordable por Newton que, en aquellos casos en los que se veía imposibilitado, siempre recurría a Dios para que le solucionara el asunto. Claro que, ante tal sugerencia, siempre se encontraba de frente con Leibniz que, comparó el universo ordenado y determinista de Newton con un reloj, afirmando con sarcasmo que el Dios de Newton debía ser un relojero bastante torpe si era incapaz de hacer un reloj que marcara siempre la hora correcta, pues para que funcionara bien tenía que intervenir cada vez que se estropeara.

Aquel problema de los tres cuerpos (del que hablaremos en otra ocasión), continuó sin solución hasta finales del siglo XVII, cuando entró en escena el matemático francés Pierre Laplace,  (claro que, también tendríamos que ver lo que dijo Poincaré, otro francés, al respecto).

Así, poco a poco, se pudo ir poniendop orden y buscando explicación para todos aquellos fenómenos de la Naturaleza que no tenían explicación y que, sólo la Ciencia, nos la podía dar.

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                             Los experimentos de Faraday quedaron para la Historia

Mas tarde llegarían Faraday y Maxwell que investigaron la naturaleza de la luz el primero y, supo expresarla en ecuaciones el segundo. Aquello, fue un de gigante para comprender el mundo que nos rodea y cómo funciona, en algunos aspectos, la Naturaleza. Podemos decir que aquello fue uno de los mayores triunfos de la Ciencia del siglo XIX. La explicación dada por Maxwell sobre la radiación electromagnética se basó en la obra de Faraday y, entre ambos, dijeron al mundo que electricidad y magnetismo eran dos aspectos distintos de la misma cosa.

Ecuaciones de Maxwell
                                          Forma integral y diferencial de las ecuaciones de Maxwel
Él nos dijo con estas cuatro ecuaciones vectoriales todo sobre la Luz

Las ecuaciones de Maxwell llevaban consigo dos características muy curiosas: una de ellas pronto tendería un profundo impacto en la física, y la otra fue considerada hasta tiempos muy recientes sólo como una rareza de menor importancia. La primera de aquellas características innovadoras era que daban a la velocidad de la luz un valor constante, independientemente de cómo se mueva la fuente de luz con respecto a la (o aparato) que mida su velocidad. Ya sabeis que fue esto, lo que llevó a Einstein a desarrollar la teoría de la relatividad en 1905.

En el mundo de la física las ideas de Max Planck fueron progenitoras de algunas de las aportaciones más importantes de Einstein. Planck fue el primero en …

A partir de todo aquello, Einstein. Planck y después muchos otros, vinieron a poner los conocimientos de la Ciencias Físicas y Astronómicas en un  lugar privilegiado en el que, podíamos mirar las galaxias y también a los átomos. El mundo de lo muy grande y el de lo muy pequeño, quedó al alcance del entendimiento humano. Claro que, Como dijo Kart Raimund Popper, filósofo británico de origen austriaco (Viena, 1902 – Croydon, 1.994) que realizó sus mas importantes trabajos en el ámbito de la metodología de la ciencia: “cuanto más profundizo en el de las cosas, más consciente soy de lo poco que sé. Mis conocimientos son finitos pero, mi ignorancia, es infinita“.

Está claro que la mayoría de las veces, no hacemos la pregunta adecuada porque nos falta conocimiento para realizarla. Así, cuando se hacen nuevos descubrimientos nos dan la posibilidad de hacer nuevas preguntas, ya que en la ciencia, generalmente, cuando se abre una puerta nos lleva a una gran sala en la que encontramos otras puertas cerradas y tenemos la obligación de buscar las llaves que nos permitan abrirlas para . Esas puertas cerradas esconden las cosas que no sabemos y las llaves que las pueden abrir son retazos de conocimientos que nos permiten entrar para descorrer la cortina que esconde los secretos de la Naturaleza, de la que en definitva, formamos parte.

¡Cuánto hay ahí, en esa bella Nebulosa de arriba! En espesas nubes moleculares que se concentran en vórtices obligadas por la Gravedad, nacen nuevas estrellas y nuevos mundos. Ahí se transforman los materiales sencillos como el Hidrógeno en otros más complejos y, la radiación de las jóvenes estrellas nuevas masivas, tiñen de rojo el gas y el povo del lugar, mientras , presumidas, se exhiben rodeadas de ese azul suave que las distingue de aquellas otras más antiguas, que tiñen de amarillo y rojo toda la región.

http://univerpuebla.files.wordpress.com/2010/12/espacio.jpg¿Qué sería de la cosmología sin   ¿Es la ecuación de Einstein donde  es el tensor energía-momento que mide el de materia-energía, mientras que  es el Tensor de curvatura de Riemann contraído que nos dice la cantidad de curvatura presente en el hiperespacio. Este pequeño conjunto de signos es uno de los pensamientos más profundos de la mente humana y… ¡Nos dice tánto con tan poco! En esa ecuación de campo de la relatividad general, está presente lo que los físicos llaman “belleza en una ecuación”, toda vez que dice muchísimo con muy poco.

Resultado de imagen de una singularidad en el universo

También esa ecuación nos habló de la existencia de Agujeros negros, esos objetos de densidad “infinita” en los que dejan de existir el espacio y el tiempo. La singularidad es el punto matemático en el que ciertas cantidades físicas alcanzan valores infinitos. Así nos lo dice la relatividad general general: la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita en un Agujero Negro.

 La cosmología estaría 100 años atrás sin esta ecuación. Einstein  con sus dos versiones de la relatividad que nos descubrió un universo donde la velocidad estaba limitada a la de la luz, donde la energía estaba escondida, quieta y callada, en forma de masa, y donde el espacio y el tiempo se curva y distorsiona cuando están presentes grandes objetos estelares, nos descubrio un Universo nuevo, un mundo fantástico de posibilidades ilimitadas en el que podían ocurrir maravillas como, por ejemplo, que el tiempo transcurriera más lentamente y dónde reside la fuente de la energía. Claro que, al mérito de Einstein (que lo tiene), tendríamos que sumar el de Faraday, Maxwell, Mach, Lorentz, Planck y algunos otros de cuyas ideas él supo aunar un todo que clarificó el mundo y que, por separado, no decían tanto.

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No puedo evitarlo, siento debilidad por las estrellas, esos objetos brillantes del cielo en los que, se “fabrican” los elementos complejos que son la materia primaria para la vida. Nosotros, como he comentado muchas veces, estamos hechos de polvo de estrellas.

En ellas, en las estrellas, se producen cambios y transformaciones de cuyos procesos, debemos conocer para saber lo que allí ocurre y el por qué de esas mutaciones de la materia. Siempre llamó mi atención las estrellas que se forman a partir de gas y polvo cósmico. Nubes enormes de gas y polvo (como la nebulosa cabeza de caballo en la de arriba) se van juntando. Sus moléculas cada vez más apretadas se rozan, se ionizan y se calientan hasta que en el núcleo central de esa bola de gas caliente, la temperatura alcanza millones de grados. La enorme temperatura hace posible la fusión de los protones y, en ese instante, nace la estrella que brillará durante miles de millones de años y dará luz y calor. Su ciclo de vida estará supeditado a su masa. Si la estrella es supermasiva, varias masas solares, su vida será más corta, ya que consumirá el nuclear de fusión (hidrógeno, helio, litio, oxígeno, etc) con más voracidad que una estrella mediana como nuestro Sol, de vida más duradera.

En las estrellas está el secreto de todos los elementos naturales que conocemos en la Naturaleza, allí se fraguan todos mediante la fusión de la materia sencilla en otra más compleja, en sus hornos nbucleares que, en estrellas como el Sol, llegan hasta el Hierro antes de convertirse en gigantes rojas y enanas blancas después, dejando una bonita Nebulosa planetaria. Otros elementos más pesados surgen de las explosiones d3e Supernovas que es el final de las estrellas masivas que terminan como agujeros negros y púlsares regando antes el espacio interestelar de material nebulosa con sus eyecciones de las capas exteriores antes de explotar.

Una estrella, como todo en el universo, está sostenida por el equilibrio de dos contrapuestas; en este caso, la fuerza que tiende a expandir la estrella (la energía termonuclear de la fusión) y la fuerza que tiende a contraerla (la fuerza gravitatoria de su propia masa). Cuando finalmente el proceso se detiene por agotamiento del combustible de fusión, la estrella pierde la fuerza de expansión y queda a merced de la fuerza de gravedad; se hunde bajo el peso de su propia masa, se contrae más y más, y en el caso de estrellas súper masivas, se convierten en una singularidad, una masa que se ha comprimido a tal extremo que acaba poseyendo una fuerza de gravedad de una magnitud difícil de imaginar para el común de los mortales.

La Tierra desde el espacio

A nosotros nos puede parecer enorme, es el planeta que acoge a toda la Humanidad. Sin embargo, en el contexto del Universo y comparado con otros objetos cosmológicos, es menos que una mota de polvo y, si pensamos en ello, (quizás), podamos llegar a la conclusión de que debemos cambiar y mirar las cosas desde otras perspectivas, al fin y al cabo no somos tan importantes como algunas veces podemos creer, ni sabemos, tanto como creemos.

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                    ¡Sí, la Galaxia está en Mente y, nuestra Mente, en la Galaxia!

La evolución del Universo que está prescrita por el paso del Tiempo (con la ayuda de la Entropía), es inexorable, y, nosotros, nuestras mentes, que son el ejemplo más claro de la evolución en su más alto grado de la materia, también evoluciona al mismo ritmo que el universo nos marca. De esa manera, el transcurrir de los siglos posibilitan la apertura mental de nuevas ideas y, el conocimiento del mundo, de la Naturaleza, se hace cada vez más patente para nosotros que, al final de toda esta historia, volveremos a fundirnos con todo, en el mismo lugar del que partimos: ¡Las estrellas! allí está nuestro origen y, algo me dice que volveremos a él.

¿Será cuando llegue Andrómeda y le de el beso de amor a la Vía Láctea? La Galaxia Andrómeda se acerca a nosotros a una velocidad escalofriante de 500 Km/s., es tanta la distancia que de ella nos separa (2,3 años-luz) que, tardará 3.000 millones de años en fundirse con la Vía Láctea y, para entonces, ¿quién podrá estar aquí?

emilio silvera

La Masa y la Energía ¿Qué son en realidad?

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

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Dibujo20131008 higgs discovery – four muons on atlas – two photons on cms – lhc -
“Aunque no del todo, entendemos sorprendentemente bien lo que son las cosas, y cómo funcionan. Me refiero sólo a su funcionamiento a nivel microscópico, claro está. Elementales son aquellas partículas que no están compuestas -que sepamos- de otras aún más elementales. El Higgs, que tanto revuelo está armando, no es una partícula como otra cualquiera: es la pieza más codiciada, como hemos de ver.Las partículas y su comportamiento (las interacciones entre ellas) están descritas por el Modelo Estándar. El modelo es como el ajedrez: diferentes piezas (las partículas) y unas pocas reglas de juego. Un sinfín de posibilidades (las propiedades de todo lo que sabemos que existe) podrían en principio deducirse del comportamiento de unas pocas piezas, también como en el ajedrez.”
Alvaro de Rujula
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Todos los intentos y los esfuerzos por hallar una pista del cuál era el origen de la masa fallaron.  Feynman escribió su famosa pregunta: “¿Por qué pesa el muón?”.  Ahora, por lo menos, tenemos una respuesta parcial, en absoluto completa.  Una voz potente y ¿segura? nos dice: “!Higgs¡” Durante más de 60 años los físicos experimentadores se rompieron la cabeza con el origen de la masa, y ahora el campo Higgs presenta el problema en un contexto nuevo; no se trata sólo del muón. Proporciona, por lo menos, una fuente común para todas las masas. La nueva pregunta feynmaniana podría ser: ¿Cómo determina el campo de Higgs la secuencia de masas, aparentemente sin patrón, que da a las partículas de la materia?

La variación de la masa con el estado de movimiento, el cambio de masa con la configuración del sistema y el que algunas partículas (el fotón seguramente y los neutrinos posiblemente) tengan masa en reposo nula son tres hechos que ponen entre dicho que el concepto de masa sea un atributo fundamental de la materia.  Habrá que recordar aquel cálculo de la masa que daba infinito y nunca pudimos resolver; los físicos sólo se deshicieron de él “renormalizándolo”, ese truco matemático que emplean cuando no saben encontrar la respuesta al problema planteado.

Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas.  Hace que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrínseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno.

La idea de que la masa no es intrínseca como la carga o el espín resulta aún más plausible por la idílica idea de que todos los quarks y fotones tendrían masa cero. En ese caso, obedecerían a una simetría satisfactoria, la quiral, en laque los espines estarían asociados para siempre con su dirección de movimiento. Pero ese idilio queda oculto por el fenómeno de Higgs.

¡Ah, una cosa más! Hemos hablado de los bosones gauge y de su espín de una unidad; hemos comentado también las partículas fermiónicas de la materia (espin de media unidad). ¿Cuál es el pelaje de Higgs? Es un bosón de espin cero.  El espín supone una direccionalidad en el espacio, pero el campo de Higgs da masa a los objetos dondequiera que estén y sin direccionalidad.  Al Higgs se le llama a veces “bosón escalar” [sin dirección] por esa razón.

La interacción débil, recordareis, fue inventada por E. Fermin para describir la desintegración radiactiva de los núcleos, que era básicamente un fenómeno de poca energía, y a medida que la teoría de Fermi se desarrolló, llegó a ser muy precisa a la hora de predecir un enorme número de procesos en el dominio de energía de los 100 MeV.  Así que ahora, con las nuevas tecnologías y energías del LHC, las esperanzas son enormes para, por fin, encontrar el bosón Higgs origen de la masa… y algunas cosas más.

Resultado de imagen de Fabiola Gianotti

                        Fabiola Gianotti, portavoz del experimento ATLAS, ofrece algunos avances:

“En nuestros datos observamos claros signos de una nueva partícula compatible con la teoría de Higgs, con un nivel aproximado de 5 sigma [99,977% de eficiencia], en la región de masa alrededor de los 126 GeV. El increíble rendimiento del LHC y el ATLAS y los enormes esfuerzos de mucha gente nos han traído a este excitante punto, pero hace falta un poco más de tiempo para preparar estos resultados cara a su publicación.”

 

El Modelo Estándar describe las partículas de todo cuanto nos rodea, incluso de nosotros mismos. Toda la materia que podemos observar, sin embargo, no parece significar más que el 4% del total. Higgs podría ser el puente para comprender el 96% del universo que permanece oculto.

El 4 de julio de 2012 se anunció el descubrimiento de un nuevo bosón. Punto. En diciembre de 2012 se empezó a hablar de “un” Higgs (en lugar de “el” Higgs), pero oficialmente seguía siendo un nuevo bosón. ¿Importa el nombre? El Premio Nobel de Física para el bosón de Higgs sólo será concedido cuando el CERN afirme con claridad y rotundidad que se ha descubierto “el” Higgs, si el CERN es conservador, la Academia Sueca lo es aún más. Sin embargo, el rumor es que quizás baste con que el CERN diga que se ha descubierto “un” Higgs.

¿Por qué, a pesar de todas las noticias surgidas desde el CERN, creo que no ha llegado el momento de celebrarlo? ¿Es acaso el Higgs lo encontrado?

Hay que responder montones de preguntas.  ¿Cuáles son las propiedades de las partículas de Higgs y, lo que es más importante, cuál es su masa? ¿Cómo reconoceremos una si nos la encontramos en una colisión de LHC? ¿Cuántos tipos hay? ¿Genera el Higgs todas las masas, o solo las hace incrementarse? ¿Y, cómo podemos saber más al respecto? También a los cosmólogos les fascina la idea de Higgs, pues casi se dieron de bruces con la necesidad de tener campos escalares que participasen en el complejo proceso de la expansión del Universo, añadiendo, pues, un peso más a la carga que ha de soportar el Higgs.

El campo de Higgs, tal y como se lo concibe ahora, se puede destruir con una energía grande, o temperaturas altas. Estas generan fluctuaciones cuánticas que neutralizan el campo de Higgs. Por lo tanto, el cuadro que las partículas y la cosmología pintan juntas de un universo primitivo puso y de resplandeciente simetría es demasiado caliente para Higgs. Pero cuando la temperatura cae bajo los 10’5grados kelvin o 100 GeV, el Higgs empieza a actuar y hace su generación de masas.  Así por ejemplo, antes de Higgs teníamos unos W, Z y fotones sin masa y la fuerza electrodébil unificada.

El Universo se expande y se enfría, y entonces viene el Higgs (que engorda los W y Z, y por alguna razón ignora el fotón) y de ello resulta que la simetría electrodébil se rompe. Tenemos entonces una interacción débil, transportada por los vehículos de la fuerza W+, W-, Z0, y por otra parte una interacción electromagnética, llevada por los fotones. Es como si para algunas partículas del campo de Higgs fuera una especie de aceite pesado a través del que se moviera con dificultad y que las hiciera parecer que tienen mucha masa. Para otras partículas, el Higgs es como el agua, y para otras, los fotones y quizá los neutrinos, es invisible.

Para cada suceso, la línea del haz es el eje común de los cilindros de malla de alambre ECAL y HCAL. ¿Cuál es el mejor candidato W? el mejor candidato Z? En cada evento, ¿dónde ocurrió la colisión y el decaimiento de las partículas producidas? Lo cierto es que, en LHC se hacen toda clase de pruebas para saber del mundo de las partículas, de dónde vienen y hacia dónde se dirigen y, el Bosón de Higgs, es una asignatura pendiente a pesar de las noticias y de los premios

De todas las maneras, es tanta la ignorancia que tenemos sobre el origen de la masa que, nos agarramos como a un clavo ardiendo el que se ahoga, en este caso, a la partícula de Higgs que viene a ser una de las soluciones que le falta al Modelo Estándar para que todo encaje con la teoría.

¡Ya veremos en que termina todo esto! Dicen que descubrieron el famoso Bosón pero… Y, aunque el que suena siempre es Higgs, lo cierto es que los autores de la teoría del “Bosón de Higgs”, son tres a los que se ha concedido, junto al CERN, el Premio Principe de Asturias. Peter Ware Higgs —el primero en predecir la existencia del bosón— junto a los físicos François Englert, y el belga Robert Brout—fallecido en el año 2011— y que no ha podido disfrutar del Nóbel.

Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, introdujo la idea en la física de partículas.  La utilizaron los teóricos Steven Weinberg y V. Salam, que trabajaban por separado, para comprender como se convertía la unificada y simétrica fuerza electrodébil, transmitida por una feliz familia de cuatro partículas mensajeras de masa nula, en dos fuerzas muy diferentes: la QED con un fotón carente de masa y la interacción débil con sus W+, Wy Z0 de masa grande.  Weinberg y Salam se apoyaron en los trabajos previos de Sheldon Glasgow, quien tras los pasos de Julian Schwinger, sabía sólo que había una teoría electrodébil unificada, coherente, pero no unió todos los detalles. Y estaban Jeffrey Goldstone y Martines Veltman y Gerard’t Hooft.  También hay otras a los que había que mencionar, pero lo que siempre pasa, quedan en el olvido de manera muy injusta.  Además, ¿Cuántos teóricos hacen falta para encender una bombilla?

La verdad es que, casi siempre, han hecho falta muchos.  Recordemos el largo recorrido de los múltiples detalle sueltos y físicos que prepararon el terreno para que, llegara Einstein y pudiera, uniéndolo todo, exponer su teoría relativista.

Sobre la idea de Peter Higgs, Veltman, uno de sus arquitectos, dice que es una alfombra bajo la que barremos nuestra ignorancia.  Glasgow es menos amable y lo llamó retrete donde echamos las incoherencias de nuestras teorías actuales.  La objeción principal: que no teníamos la menor prueba experimental que ahora parece que va asomando la cabeza en el LHC.

Esperemos que la partícula encontrada, el bosón hallado, sea en realidad el Higgs dador de masa a las demás partículas pero… ¡Cabe la posibilidad de que sólo sea el hermano menor! de la familia. El modelo estándar es lo bastante fuerte para decirnos que la partícula de Higgs de menor masa (podría haber muchas) debe “pesar” menos de 1 TeV. ¿Por qué? Si tiene más de 1 TeV, el modelo estándar se vuelve incoherente y tenemos la crisis de la unitariedad.

Después de todo esto, tal como lo están planteando los del CERN,  se puede llegar a la conclusión de que, el campo de Higgs, el modelo estándar y nuestra idea de cómo se hizo el Universo dependen de que se encuentre el Bosón de Higgs.  Y ahora, por fin, el mayor Acelerador del mundo, el LHC, nos dice que el Bosón ha sido encontrado y las pruebas tienen una fiabilidad enorme.

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    Los teóricos imaginan y conjeturan sobre teorías que deben ser refrendadas por los experimentadores

¡La confianza en nosotros mismos, no tiene límites! Pero el camino no ha sido recorrido por completo y quedan algunos tramos que tendremos que andar para poder, al fín, dar una explicación más completa, menos oscura y neblinosa que lo que hasta el momento tenemos, toda vez que, del Bosón de Higgs y de su presencia veráz, dependen algunos detalles de cierta importancia para que sean confirmados nuestros conceptos de lo que es la masa y, de paso, la materia.

¿Pasará igual con las cuerdas?

emilio silvera

Fuente: León Lederman