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La búsqueda interminable

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

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Una estrella supermasiva que eyecta material al espacio para evitar su muerte

 

 

Solo podemos imaginar las criaturas que puedan existir en esa infinidad de mundos

 

Nuestro Universo está conformado de la manera en que lo podemos observar debido a las fuerzas fundamentales de la Naturaleza que rigen en él, las que interaccionan con la materia que, junto a las llamadas constantes universales, hacen posible que existan los átomos, que las estrellas brillen, o, que la vida esté presente en toda la diversidad que conocemos y también (seguro), la que no hemos podido descubrir en nuestro propio mundo y en otros situados, no ya en nuestra propia Galaxia, sino en los cientos de miles de galaxias que en el Universo son.

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Las fuerzas que podemos sentir en la vida cotidiana, es decir, la Gravedad y el Electromagnetismo, aumentan con la cercanía: así, más cerca está un clavo de un imán o una manzana del suelo, más se verán atraídos. Por el contrario, la interacción Fuerte disminuye cuanto más cerca y juntas están las partículas en el interior de los átomos, aumentando cuando las partículas se alejan las unas de las otras.

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El descubrimiento de extraña propiedad, llamada libertad asintótica, supuso toda una revolución teórica en los 70 (se publicó en 1.973), pero ya plenamente respaldada por los experimentos en los aceleradores de partículas, aconsejó, a la Academia, conceder 30 años más tarde, el Premio Nobel de Física a sus autores.

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David Gross, David Politzer y Frank Wilczek se ganaron el Premio Nobel de Física de 2004 por su “descubrimiento de la libertad asintótica en la teoría de la interacción fuerte”. Un premio a la física teórica, y a la labor que se realizó para intentar disponer de un modelo estándar que permitiera entender las interacciones. En el caso de la cromodinámica cuántica, la teoría que formaliza la interacción nuclear fuerte, los quarks y los gluones, las partículas que juegan en interacción, tienen una libertad de movimiento muy extraña. Quedan confinadas a los pequeñísimos tamaños del núcleo atómico porque la “fuerza” que los une les impide alejarse. Y, sin embargo, cuanto más se acercan, tienen mayor libertad, es decir la “fuerza” se debilita. El estudio de estos tres físicos en los años 70 permitió plantear este problema dentro de una teoría matemática muy hábil, que además dio paso a una serie de experimentaciones que confirmaron esta “libertad asintótica” de los quarks y los gluones.

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Tanto Wilczek como Politzer eran aun aspirantes a doctores en 1.973, publicaron su descubrimiento en Physical Review letters.  Junto a su informe, la misma revista incluyó el trabajo de David Gross, que unido al de los dos estudiantes ha dado lugar a la celebrada teoría de la Cromodinámica Cuántica (QCD).

Los quarks vienen en seis diferentes ‘sabores’ y poseen una carga de color

Siguiendo una arraigada costumbre de la Física de partículas, los investigadores emplearon nombres comunes y desenfadados señalar sus nuevos descubrimientos y llamaron “colores” a las intrincadas propiedades de los quarks.

Por ello, su teoría es conocida en la actualidad por el de Cromodinámica (cromo significa “color” en griego), a pesar de que no tienen nada que ver con lo que entendemos y llamamos color en nuestra vida cotidiana, sino con el modo en que los componentes del núcleo atómico permanecen unidos.  En este sentido, resulta mucho más intuitiva, aunque no menos divertida, la denominación de las partículas que hacen posible la interacción fuerte, llamadas gluones (glue es “pegamento” en inglés).

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Al igual que en la teoría electromagnética, las partículas pueden tener carga positiva o negativa, los componentes más diminutos del núcleo atómico pueden ser rojos, verdes o azules.

Además, de manera análoga a las cargas opuestas se atraen en el mundo de la electricidad y el magnetismo, también los quarks de distinto color se agrupan en tripletes para formar protones y neutrones del núcleo atómico.

Pero estas no son las únicas similitudes, ni siquiera las más profundas, que existen las distintas fuerzas que rigen el Universo. De hecho, los científicos esperan que, en última instancia, todas las interacciones conocidas sean en realidad la manifestación variada de una sola fuerza que rige y gobierna todo el cosmos.

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La distancia entre los extremos que podemos medir entre esos dos mundos: El de la mecánica cuántica, ese “universo que existe en el núcleo de los átomos y todo lo que allí sucede, y esas inmensas llaneras estelares que existen entre galaxias.

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Según la Academia Sueca, el premiado a estos tres Físicos, “constituyó un paso importante dentro del esfuerzo para alcanzar la descripción unificada de todas las fuerzas de la Naturaleza”.  Lo que llamamos teoría del todo.

Según Frank Wiczek, que pertenece al Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), su descubrimiento “reivindica la idea de que es posible comprender a la Naturaleza racionalmente”.  El físico también recordó que “fue una labor arraigada en el trabajo experimental, más que en la intuición”.

Sabemos que los quarks (hasta el ) son las partículas más elementales del núcleo atómico donde forman protones y neutrones.  La interacción fuerte los quarks que forman el protón es tan intensa que los mantiene permanentemente confinados en su interior, en una región ínfima. Y, allí, la fuerza crece con la distancia, si los quarks tratan de separarse, la fuerza aumenta (confinamiento de los quarks), si los quarks están juntos los unos a los otros, la fuerza decrece (libertad asintótica de los quarks).  Nadie ha sido capaz de arrancar un quark libre fuera del protón.

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Cuanto más pequeño es el objeto que deseamos encontrar, mayor será la energía que tendremos que emplear para llegar tan lejos en el “mundo” de lo muy pequeño,.

Con aceleradores de partículas a muy altas energías, es posible investigar el comportamiento de los quarks a distancias muchos más pequeñas que el tamaño del protón.

Así, el acreedor al Nobel demostró que la fuerza nuclear fuerte actúa un muelle de acero, si lo estiramos (los quarks se separan), la fuerza aumenta, si lo dejamos en reposo, en su natural, los anillos juntos (los quarks unidos), la fuerza es pequeña.

Así que la Cromodinámica Cuántica (QCD) describe rigurosamente la interacción fuerte entre los quarks y, en el desarrollo de teoría, como se ha dicho, jugaron un papel fundamental los tres ganadores del Nobel de Física de 2004.

Trabajos y estudios realizados en el acelerador LEP del CER durante la década de los 90 hicieron posible medir con mucha precisión la intensidad de la interacción fuerte en las desintegraciones de las partículas z y t, es decir a energías de 91 y 1,8 Gev, los resultados obtenidos están en perfecto acuerdo con las de ACD, proporcionando una verificación muy significativa de libertad asintótica.

En los aceleradores de partículas se lanzan haces de partículas en direcciones opuestas y cuando alcanzan velocidades cercanas a la de la luz, se los hace colisionar para que se destruyan y “ver” lo que contienen esas partículas en sus entrañas, de qué están formadas para saber, secretos que la Naturaleza, celosamente esconde.

Mini Big Bang a 100 metros bajo tierra

Simular el nacimiento del Universo no resulta nada sencillo.  Primero hay que excavar un túnel subterráneo de 100 m. de profundidad, en cuyo interior se debe construir un anillo metálico de 27 kilómetros enfriado por imanes superconductores cuya función es mantener una temperatura bastante fresca, nada que 271 grados bajo cero.

 

Corte de un cuadripolo del LHC. Crédito: CERN

A continuación, hay que añadir a la ecuación dos puñados de protones, lanzados al vacío de este tubo subterráneo en direcciones opuestas, y a una velocidad inimaginable que prácticamente debe rozar la velocidad de c. la velocidad de la luz en el vacío.  Es solo entonces cuando los múltiples colisiones de partículas que se produzcan en el interior del anillo producirán que existían inmediatamente después del Big Bang, ese descomunal estallido cósmico que dio el pistoletazo de salida para el surgimiento de nuestro mundo y de la vida inteligente a partir de materia inerte creada y evolucionada después en las estrellas.

En el corazón de la cordillera del Jura, justo en la frontera entre Francia y Suiza, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), se construyó la maravilla que supuso una obra científica faraónica (su coste de muchos miles de millones de dolores y 15 años que, sin duda alguna, merecieron la pena para poder saber). Alrededor de ésta inmensa máquina, unos 10.000 investigadores de 500 instituciones académicas y empresas tratan de descubrir las claves de la Naturaleza, saber sobre los ladrillos fundamentales de la materia, atisbar sobre la existencia o no de la “materia oscura”, y en fin, conocer mejor nuestro Universo desde este lugar situado en las profundidades de la Tierra.

                      ¿Quién diría mirando la imagen lo que debajo de la superficie se esconde?

Cuando de nuevo se ponga en marcha el LHC y se utilicen mayores energías que las que hicieron falta para descubrir el Bosón de Higgs ¿Qué oodremos encontrar? El Gran Acelerador de Hadrones LHC, nos tiene guardadas muchas sorpresas y, espero que ninguna de ellas, resulte desagradable ni perjudicial para la Humanidad, toda vez que, algunas veces parecemos niños jugando con fuerzas que… ¡No siempre podemos comprender!

Las partículas que se inyectan en su interior colisionan aproximadamente seiscientos millones de veces por segundo, desencadenando la mayor cantidad de energía jamás observada en las de un laboratorio, aunque aun estará muy alejada de la energía necesaria para comprobar la existencia de las cuerdas vibrantes.  Pero eso sí, nos dejará ver otras partículas nuevas hasta ahora esquivas, pertenecientes al grupo más elemental de los componentes de la materia. A medida que se aumenta la energía van apareciendo nuevos componentes antes desconocidos.

El LHC produce tantos que necesitarán una pila de CDs de 20 km. de altura para almacenar tanta información generada por los experimentos y, una legión de físicos para estudiar los resultados que serán fascinantes. El que se lleva a cabo en el CERN constituye una contribución muy importante al conocimiento de la Humanidad para comprender el mundo que nos rodea. La pregunta clave: ¿De qué se compone la materia de nuestro Universo? Y ¿cómo llegó a convertirse en lo que es? ¿Qué sustancia cósmica era la que primero hizo acto de presencia y que daría lugar al Universo que conocemos?

Es increíble el logro de conocimientos y tecnologías que el hombre tiene conquistados a principios del siglo XXI, este mismo artilugio al que llaman acelerador LHC, es la mejor prueba de ello: Por ejemplo, los sistemas criogénicos que deben mantener ese inimaginable frío de 271 grados bajo cero o los campos electromagnéticos que deben que la aceleración de los haces de partículas recorran los 27 km del anillo subterráneo a un 99,99% de la velocidad de la luz, es ya en sí mismo increíble.

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Todo resultó como estaba previsto por los científicos, y, cada segundo, un protón dio 11.245 vueltas al anillo del LHC.  Teniendo en que cada haz de estas partículas tienen una duración de 10 horas, recorren un total de 10.000 millones de kilómetros (suficiente para llegar a Neptuno y volver).

La energía requerida por el haz de protones al por el acelerador es el equivalente a un coche viajando a 1 .600 km/h por el carril rápido de una autopista imposible, o la cantidad de energía almacenada en los imanes superconductores que mantendrán la temperatura a-271° sería suficiente para derretir 50 toneladas de cobre.

El

LHC está dividido en 8 sectores de 3,3 km cada uno. El Bosón de Higgs ha sido el tesoro más preciado encontrado hasta el momento. Una partícula que predicía el Modelo Estándar de la Física de Partículas y del que no existian evidencias hasta que este acelerador mágico la encontró.  Se supone que este “ladrillo” fundamental del cosmos (cuyo proviene del físico escocés que propuso su existencia en 1.964, Peter Higgs) es crucial comprender cómo la materia adquiere su masa.

Creo que me he extendido demasiado en un simple comentario que trataba de hacer sobre esta obra de nuestros científicos que tratan de saber, sobre misterios que la Naturaleza esconde y nuestra curiosidad trata de desvelar. Cuando me introduzco en temas de Física se me va el santo al cielo, pero estamos tratando -en realidad- sobre nosotros y la manera en que evolucionamos para adquirir los conocimientos que necesitaremos algún día lejano aún en el futuro, si nuestra especie aún sigue aquí, para escapar del inexorable futuro del planeta y de nuestra propia estrella.

emilio silvera

 


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