Las fuerzas fundamentales del Universo que rigen en todas sus regiones y son las responsables de imponer el ritmo con el que se comporta la materia que con ellas interacciona y, en consecuencia, hace que cada objeto y cada cosa que en el Cosmos existe, tenga un comportamiento particular que lo define y que va, desde la materia inerte hasta ese otro nivel, mucho más elevado en el que la materia, evolucionada, alcanzó la facultad, no solo ya de moverse por sí misma, sino de generar pensamientos y…¡hasta sentimientos!

                 El cuadro que arriba nos explica de manera sencilla la  interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción electromagnética e interacción gravitatoria. (WikipediA).

Fuerza nuclear fuerte

Su alcance en metros: < 3 × 10^-15, se dice que la propiedad de los quarks conocida como libertad asintótica hace que la interacción entre ellos sea débil cuanto más cerca están los unos de los otros, están confinados con los gluones en un radio o región de:  r » hc/L » 10^-13  cm. Al contrario de las otras fuerzas, esta crece con la distancia. Tiene una fuerza relativa de 10⁴¹. Es la responsable de mantener unidos a los protones y neutrones en el núcleo atómico.

La partícula portadora de la fuerza es el gluón (glue en inglés, es pegamento) que en número de ocho, actúa como un espeso pegamento en forma de muelle que, cuanto más se estira más fuerza genera. La interacción nuclear fuerte es la mayor, la de más potencia de las cuatro fuerzas fundamentales, es 10² veces mayor que la fuerza electromagnética, aparece sólo entre los hadrones (protones, neutrones, etc). Como dijimos al principio, actúa a tan corta distancia como 10^-15 metros, mediado por mesones virtuales que llamamos gluones.

Fuerza nuclear débil

Su alcance es de < 10^-15  metros, su fuerza relativa de 10²⁸, intervienen en la radiación radiactiva, ocurre entre leptones (electrones, muones, tau y los correspondientes neutrinos asociados) y en la desintegración de los hadrones, la desintegración beta de las partículas y núcleos. Está mediada por el intercambio de partículas virtuales, llamadas bosones vectoriales intermediarios: en este caso, las partículas W⁺, W^–  y  Z⁰. Esta interacción se describe por la teoría electrodébil que la unifica con las interacciones electromagnéticas.

Las interacciones electromagnéticas

Tiene un alcance infinito, su fuerza relativa es de 10³⁹, es la responsable de las fuerzas que controlan la estructura atómica, reacciones químicas y todos los fenómenos electromagnéticos. Unen los átomos para formar moléculas, propaga la luz, las ondas de radio y otras formas de energías.

Puede explicar las fuerzas entre las partículas cargadas, pero al contrario de las interacciones gravitacionales, puede ser tanto atractiva como repulsiva. Algunas partículas neutras se desintegran por interacciones electromagnéticas. La interacción se puede interpretar tanto como un campo clásico de fuerzas (ley de Coulomb) como por el intercambio de unos fotones virtuales. Igual que en las interacciones gravitatorias, el hecho de que las interacciones electromagnéticas sean de largo alcance significa que tienen una teoría clásica bien definida dada por las ecuaciones de Maxwell. La teoría cuántica de las interacciones electromagnéticas, se describen con la electrodinámica cuántica, que es una forma sencilla de teoría gauge.

  Todo cae por su peso, fuera del espoacio

La interacción gravitacional

La interacción gravitacional, conocida como la fuerza de gravedad, es unas 10⁴⁰ veces más débil que la interacción electromagnética; es la más débil de todas las fuerzas de la naturaleza. Su alcance, como el de la fuerza electromagnética, es infinito, y su fuerza relativa es de 1. Su función es actuar entre los cuerpos masivos sobre los que ejerce una fuerza atractiva en función de sus masas y de las distancias que los separa, mantienen unidos los planetas alrededor del Sol, las estrellas en las galaxias y nuestros pies pegados a la superficie de la Tierra.

La interacción puede ser comprendida utilizando un campo clásico en el que la intensidad de la fuerza disminuye con el cuadrado de la distancia entre los cuerpos interaccionantes (Ley de Newton). El hipotético cuanto de gravitación, el bosón denominado gravitón, es también un concepto útil en algunos contextos. En la escala atómica, la fuerza gravitacional es despreciablemente débil, pero a escala cosmológica, donde las masas son enormes, es inmensamente importante para mantener el equilibrio entre los componentes del universo.

Sin la fuerza de gravedad, el universo sería un completo caos, todos los planetas, estrellas y demás objetos cosmológicos estarían vagando sin rumbo por el vacío estelar y las colisiones serían lo cotidiano. Debido a que las interacciones gravitacionales son de largo alcance, hay una teoría macroscópica bien definida, que es la relatividad general.

Nuestro Universo (no sabemos si podrían existir otros),  es como es,  porque las fuerzas que lo rigen son tal y como las hemos descrito más arriba; si alguna de estas fuerzas fueran mínimamente distintas, si la carga o la masa del electrón variaran sólo una millonésima, el universo sería otro muy distinto y, seguramente, nosotros no estaríamos aquí para contarlo.

Todo el conjunto está sometido a un equilibrio que, entre otras cuestiones, hizo posible la existencia de vida inteligente en nuestro universo, al menos, que sepamos, en un planeta insignificante de un sistema solar insignificante situado en la periferia de una de las más de cien mil millones de galaxias que se supone pueblan el Universo. Estadísticamente hablando, sería casi imposible que no existieran otros muchos planetas, en otros sistemas solares, ocupados por seres inteligentes similares o distintos a nosotros. El problema está en que podamos coincidir en el tiempo y en que podamos, de alguna manera, vencer las distancias que nos separan.

Los procesos científicos que comentamos en este lugar, los fenómenos del Universo que hemos debatido y, también,  los misterios y secretos que el inmenso Cosmos nos oculta han contribuido, aunque inadvertidamente, a comprometer e involucrar a nuestra especie en la vastedad del universo que ha sido una fuente de misterio y curiosidad para todas las civilizaciones que poblaron la Tierra desde tiempos inmemoriales. La astronomía ha venido a descorrer el velo, que supuestamente, aislaban la Tierra de los ámbitos interestelares que están situados mucho más allá de nuestro Sistema solar, y todo eso nos llevó lejos, al auténtico Universo que ahora, sí conocemos. La Física cuántica llegó para destruir esa barrera invisible que separaba lo grande de lo muy pequeño y que supuestamente, separaba al observador distante del mundo observado; descubrimos que estamos inevitablemente enredados en aquello que estudiamos.

Goethe  dice en su Fausto: “primero que todo debéis estudiar la metafísica”. La metafísica es la auténtica disciplina de las grandes escuelas de oriente y occidente afirman enfáticamente que todo fenómeno de la naturaleza se halla íntimamente conectado con todos los fenómenos que le rodean. Ningún fenómeno puede estar aislado y cuando se le estudia aisladamente puede parecer un absurdo. La ley de causa y efecto es el engranaje secreto de la mecánica de la naturaleza.

Hay cuestiones que van mucho más allá de nuestros pensamientos, sobrepasan la propia filosofía y entran en el campo inmaterial de la Metafísica, quizá el único ámbito que realmente pueda explicar lo que la Mente es. Allí reside la esencia de lo complejo, del SER. Ya sabéis:

“Todo estado presente de una sustancia simple es naturalmente una consecuencia de su estado anterior, de modo que su presente está cargado de su futuro.”

 

 

          En esta “fragua” se forjan estrellas y mundos mediante la transmutación de la materia simple en material complejo que…

La Astrofísica, al demostrar que la materia es la misma en todas partes y que en todas partes obedece a las mismas leyes, reveló una unidad cósmica que se extiende desde la fusión nuclear en las estrellas hasta la química de la vida que allí se produce a lo largo de todo el Universo. La evolución darwiniana, al destacar que todas las especies de la vida terrestre están relacionadas y que todas surgieron de la materia ordinaria, puso de manifiesto que no hay ninguna muralla que nos separe de las otras criaturas de la Tierra, o del planeta que nos dio la vida: que estamos hechos del mismo material del que están hechos los mundos y, de la misma manera (creo), estarán también, formados los otros mundos y las posibles formas de vida que en ellos puedan estar presentes y surjan en el futuro.

Aquel no era un mundo para nosotros y, del espacio llegó la salvación

Hay que pensar en las especies que a lo largo de miles de millones de años se han extinguido en nuestro planeta. Hace ahora algo más de 65 millones de años que desaparecieron los dinosaurios, que reinaron en nuestro planeta durante 150 millones de años. Podemos decir entonces que nuestra especie es una recién llegada al planeta y, aunque es la primera -al menos así parece ser- que tiene conciencia de ser y algo de “racionalidad”, no sabemos por cuánto tiempo estaremos aquí, si nos extinguiremos antes de tener la oportunidad o los medios de contactar con otras inteligencias, o si nuestra manera de ser no nos lleva a la autodestrucción. Pero somos jóvenes, nuestra presencia más rudimentaria en el planeta -el origen- data de sólo 3 millones de años y, habrá que tener la ilusión de que, finalmente, seremos capaces de comprender, donde está el camino a seguir, dejar de lado las cosas superfluas y atender, a lo realmente importante para poder salvar, si la Naturaleza nos deja, a nuestra especie que, tiene su futuro en otros mundos, en otras estrellas que, como ahora el Sol, estén brillando en la secuencia principal… ¡de la Vida!

emilio silvera

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“Astrónomos de la Universidad de California en Santa Cruz han encontrado, por primera vez, restos de la materia prima original del Universo en nubes de gas que datan de la noche de los tiempos. Estas nubes contienen remanentes absolutamente intactos del gas «limpio» que apareció en los primeros minutos después del Big Bang y que nunca llegó a formar parte de las estrellas. El hallazgo, que aparece publicado en la revista Science, coincide con las predicciones teóricas sobre los orígenes de los elementos en el Cosmos.”

Boticias como esa aparecen de vez en cuando en relación a una u otra cuestión del Universo temprano. Lo cierto es que, hasta donde podemos saber, el material primario del universo fue el hidrógeno, el más sencillo y simple de los elementos que componen la tabla periódica. Hoy día, 13.500 millones de años después, continúa siendo el material más abundante del universo junto al helio.

Esto no es una simulación de la computadora, aquí, en la imagen tomada por el Hubble de la Nebulosa de Orión, podemos ver como en algunas regiones se están formando nuevos sistemas planetarios que, algún día,  dentro de algunos miles de millones de años, hará posible nuevos mundos y nueva vida.

Para hacer posible el surgir de la vida, hacían falta materiales mucho más complejos que el hidrógeno y el helio; materiales demasiado sencillos y sería necesario fabricar otros materiales más complejos que, como el carbono, oxígeno, nitrógeno, boro, azufre… etc, hicieran posible las combinaciones necesarias de materiales diferentes y con propiedades distintas que, mezclados en la debida proporción hicieran una “sopa primordial” o, protoplasma que, al ser bombardeados por radiación ultravioleta y rayos gammas provenientes del espacio, en presencia de agua líquida y en un ambiente muy determinado, diera lugar a la primera célula orgánica que sería la semilla de la vida y que evolucionado a través de miles de millones de años, llegó hasya nosotros y no sabemos donde podrá parar.

El universo tiene la curiosa propiedad de hacer que los seres vivos inteligentes piensen que sus inusuales propiedades son poco propicias para la vida, para la existencia de lo que entendemos como vida, cuando de hecho, es todo lo contrario; las propiedades del universo son esenciales para la vida. Lo que ocurre es que en el fondo tenemos miedo; nos sentimos muy pequeños ante la inmensidad del universo que nos acoge. Sabemos aún muy poco sobre sus secretos, nuestras capacidades son limitadas y al nivel de nuestra tecnología actual estamos soportando el peso de una gran ignorancia sobre muchas cuestiones que necesitamos conocer. El que no sabe teme, el que tiene los conocimientos sabe lo que le espera y puede, en cualquier caso, tratar de buscar una salida.

Hemos logrado llegar a saber lo que pasa en las estrellas y qué reacciones nucleares son las responsables de que, materiales como el hidrógeno, se fusionen para convertirlos en Helio mediante las cadenas conocidas como protón-protón, de cuya secuencia dejo arriba una muestra . Claro que siempre nos hicimos esa pregunta: ¿Quién fabricó los materiales necesarios para que nosotros estémos aquí? Ahora, después de mucho, mucho, muchísimo tiempo, la podemos responder y sabemos, que todos los elementos necesarios para la vida fueron “fabricados” en las estrellas .

Las reacciones nucleares después del Hidrógeno-Helio siguen y llega el ciclo CNO que arriba queda escenificado, y, ya tenemos los principales materiales necesarios para la vida que, junto con otros, en menor proporción, conforman nuestros organismos que pudieron surgir en un planeta como el nuestro en condiciones primitivas.

Una atmósfera primitiva evolucionada, la composición primigenia de los mares y océanos con sus compuestos, expuestos al bombardeo continuo de radiación del espacio exterior que llegaba en ausencia de la capa de ozono, la temperatura ideal en relación a la distancia del Sol a la Tierra y otra serie de circunstancias muy concretas, como la edad del Sistema Solar y los componentes con elementos complejos del planeta Tierra, hecho del material estelar evolucionado a partir de supernovas, todos estos elementos y circunstancias especiales en el espacio y en el tiempo, hicieron posible el nacimiento de esa primera célula que fue capaz de reproducirse a sí misma y que, miles de años después, hizo posible que evolucionara hasta lo que hoy es el hombre que, a partir de materia inerte, se convirtió en un ser pensante que ahora es capaz de exponer aquí mismo estas cuestiones. ¡Es verdaderamente maravilloso!

El entorno cambiante en un universo en expansión como el nuestro, a medida que se enfría y envejece (la entropía) es posible que se formen átomos, moléculas, galaxias, estrellas, planetas y organismos vivos. En el futuro, las estrellas agotaran su combustible nuclear y morirán todas. En función de sus masas serán estrellas enanas blancas (como nuestro Sol), estrellas de neutrones (a partir de 1’5 masas sobre hasta 3 masas solares) y agujeros negros a partir de 3 masas solares. Hay un recorrido de historia cósmica en el que nuestro tipo de evolución biológica debe ocurrir bajo esas circunstancias especiales que, en realidad, deben ser comunes en muchas regiones del Universo.

En cualquier galaxia que podamos encontrar apuntando al cielo profundo con nuestros telescopios, en cualquiera digo, podremos ver las mismas cosas y los mismos escenarios de estrellas azuladas recien nacidas que ionizan las regiones de polvo y gas con sus potentes emisiones ultravioletas.

Lo que conocemos como estrella es una bola de gas luminosa que, durante una etapa de su vida, produce energía por la fusión nuclear del hidrógeno en helio. El término estrella, por tanto, no sólo incluye estrellas como el Sol, que están en la actualidad quemando hidrógeno, sino también protoestrellas, aún en formación y no lo suficientemente calientes como para que dicha combustión nuclear haya comenzado, y también varios tipos de objetos más evolucionados como estrellas gigantes y supergigantes, que están quemando otros combustibles nucleares, o las enanas blancas y las estrellas nucleares, que están formadas por combustible nuclear gastado.

Las estrellas (podemos ver en las Nebulosas),  se forman a partir de enormes nubes de gas y polvo que a veces tienen hasta años-luz de diámetro.  Las moléculas de polvo, unidas a las de los gases, se rozan y se ionizan, se calientan y la  nube comienza a girar lentamente. El enorme conglomerado, poco a poco se va juntando y la temperatura aumenta. Tal enormidad de materia crea una fuerza gravitatoria que hace contraerse la nube sobre sí misma; su diámetro y su temperatura en el núcleo es tal que se produce la fusión de los protones de hidrógeno que se transforman en un material más complejo, el helio, y ese es el momento en que nace la estrella que, a partir de ahí, puede estar miles de millones de años brillando y produciendo energía termonuclear.

“Descubren la estrella más grande del Universo, con una masa de 320 Soles”

¡El gigantesco astro desafía las teorías de los astrónomos sobre la formación estelar!

Aunque de vez en cuando, en la prensa, aparecen nosticias como esta de arriba, lo cierto es que, según se cree, la masa máxima de las estrellas puede rondar las 120 masas solares, es decir, ser 120 veces mayor que nuestro Sol, y por encima de este límite sería destruida por la enorme potencia de su propia radiación. La masa mínima para poder ser una estrella se fija en 0’08 masas solares; por debajo de ella, los objetos no serían lo suficientemente calientes en sus núcleos como para que comience la combustión del hidrógeno y se convertirían en enanas marrones. Las luminosidades de las estrellas varían desde alrededor de medio millón de veces la luminosidad del Sol para las más calientes hasta menos de la milésima de la del Sol para las enanas más débiles. Aunque las estrellas más prominentes visibles a simple vista son más luminosas que el Sol, la mayoría de las estrellas son en realidad más débiles que éste y, por tanto, imperceptibles a simple vista.

Como he dicho antes, el brillo de las estrellas (la luz y el calor) es el resultado de la conversión de masa en energía (E = mc²), por medio de reacciones nucleares, las enormes temperaturas de millones de grados de su núcleo, hace posible que los protones de los átomos del hidrógeno se fusionen y se conviertan en átomos de helio. Por cada kilogramo de hidrógeno quemado de esta manera, se convierten en energía aproximadamente siete gramos de masa. De acuerdo con la famosa ecuación de Einstein, los siete gramos equivalen a una energía de 6’3 × 10¹⁴julios. Las reacciones nucleares no sólo aportan la luz y el calor de las estrellas, sino que también producen elementos pesados, más complejos que el hidrógeno y el helio que, posteriormente, son  distribuidos por el universo, cuando al final de la vida de la estrella, esta explota en supernova, lanzando sus capas exteriores al espacio que de esta forma, deja “sembrado” de estos materiales el “vacio” interestelar para que, en regiones de gas y polvo como hemos visto más arriba, se puedan forman sistemas planetarios alrededor de nuevas estrellas.

Claro que no todo es tan sencillo y, muchas de las cosas que podemos ahora contemplar en el Universo gracias a nuestroos avances tecnológicos, son debidas, como la vida misma, a una serie de números que en el Universo están presente y que hacen posible que todo eso suceda. Si las leyes fundamentales y las constantes universales fueran distintas, niuestro universo sería otro universo y, posiblemente nosotros, no estaríamos aquí. El ingenio humano ha podido ir desvelando algunos de esos secretos que el universo esconde y nos dejaron el caminpo abierto para continuar, descorriendo el velo, para poder ver cómo son y producen los hechos que observamos a nuestro alrededor y, gracias a números como éstos:

Mecánica (ecuaciones de Hamilton)

Electrodinámica (ecuaciones de Maxwell)

Mecánica estadística (ecuaciones de Boltzmann)

Mecánica cuántica (ecuaciones de Schrödinger)

Relatividad general (ecuación de Einstein)

Hemos podido llegar a conocer parte de nuestro Universo y estamos tratando de saber, sobre nosotros mismos, ya que, la vida, amigos míos, es el acontecimiento más sobresaliente de los sucedidos a lo largo de los 13.700 millones de años que creemos tiene el universo que nos acoge y en el que hemos podido observar algunas de las maravillas que se producen.

Cuántas veces habremos hablado aquí de las constantes de la naturaleza? Han sido muchas y todas ellas, han estado influidas por el profundo interés que en mí causan estos números misteriosos que hacen del Universo el que nosotros conocemos. Es posible, que en otros universos que pudierann ser, y, en los que las constantes fuesen diferentes a las del nuestro, hubieran nacido muertos y sin vida.

Está claro que este interes que las constantes han despertado, no ha en mí, sino en muchos científicos del mundo, es porque, existen muchas maneras en las que los valores reales de esas constantes ayudan a que sea posible que la vida esté presente en nuestro Universo. Más aún, a veces parece permitir su existencia por un pequeño margen. Su aumentáramos la constante de estructura fina no podría haber átomos y si hacemos mayor la fuerza de la Gravedad las estrellas agotarían sus combustibles muy rápidamente, si reducimos la intensidad de las fuerzas nucleares no habría bioquímica y así sucesivamente.

El número β         también desempeña un papel en los procesos de generación de energía que alimentan las estrellas. Aquí se une con α para hacer los centros de las estrellas suficientemente caliente como para iniciar reacciones nucleares. Si β fuera mayor que aproximadamente 0,005 α² entonces no habría estrellas. Si las modernas teorías gauge (cualquiera de las teorías cuánticas de campo creadas para explicar las interacciones fundamentales) de gran unificación están en la vía correcta, entonces α debe estar en el estrecho intervalo entre aproximadamente 1/180 y 1/85; de lo contrario los protones se desintegrarían mucho antes de que las estrellas pudieran formarse.

Pero… las estrellas se formaron

Y, nosotros, a partir del polvo de estrellas,  y bajo una serie de circunstancias naturales, pudimos llegar hasta aquí haciendo un largo viaje lleno de acontecimientos asombrosos que, partiendo del sencillo hidrógeno pudo hacer el recorrido de elevarse hasta la consciencia del Ser que hoy, puede tener una idea más acertada de su entorno, de lo que pudo pasar y, poder estar trabajando para saber, si su presencia aquí tiene realmente un significado.

Claro que, nuestras mentes, se expanden al ritmo del Universo

El Universo se expande pero…, nuestras consciencias también, somos una parte integrante del todo, y como todo lo demás, evolucionamos al ritmo que el Universo nos impone, de tal manera que cada vez comprendemos con menor dificultad los mecanismos que llevan a todas las cosas a cambiar, a convertirse en otras diferentes de lo que originalmente eran, y, con el paso inexorable del Tiempo, nuestras mentes quedarán unidas, de manera inexorable, a ese todo. Entonces, y sólo entonces, podríamos decir que:

¡Tenemos el mundo en las manos!

¡Qué somos señores del Espacio!

Pero para que eso sea cierto, para que eso llegue a ocurrir, tendrá que transcurrir mucho de “nuestro tiempo” que no es el Tiempo del Universo. El nuestro es más corto, nosotros no podemos tener por delante miles de millones de años y, si el “poco tiempo” que se nos ha concedido, no lo sabenmos aprovechar… ¡Mal irán las cosas! Tendremos que pensar que todos, finalmente, estamos hechos de pura luz, el estado más alto que la materia puede adquirir, es decir, energía pura y, si podemos llegar a comprender eso… Entonces amigos míos, posiblemente tengamos alguna esperanza para el futuro.

Podemos parecer igsignificante en las extrañas de la Tierra y, comparado con el Inmenso Cosmos… ¿qué podríamos parecer? ¿Bacterias?

Sin embargo, esa impresión es engañosa, y, a pesar de nuestras aparentes insignicantes medidas, llevamos algo dentro de nosotros que no se puede medir: El Cerebro que genera la Mente y esta las ideas y la Imaginación que, es, casi tan grande como el Universo mismo.

Pero, mi recomendación es que nunca, nos creámos dioses que, son personajes de la ficción ignorante. Con los pies puestos en el suelo, con la mente clara y de la mano de la Ciencia. Debemos seguir el camino que nos indican esas leyes que hemos llegado a descubrir y, de ser posible, descubrir otras nuevas más avanzadas que nos lleven hasta el verdadero universo que aún, no conocemos. Será la única manera de conocernos a nosotros mismos.

emilio silvera

[?]

Hoy, con los conocimientos que atesoramos y los sofisticados instrumentos con los que contamos y, con los avances que hemos podido conseguir en Física y Astrofísica, hemos llegado a un nivel muy aceptable del conocimiento de las estrellas y del proceso que siguen desde que nacen hasta que mueren, y, de entre toda la variedad de estos objetos estelares, los que más han llamado la atención por sus especiales caracterísiticas, han sido esas estrellas que, al final de sus vidas y dependiendo de sus masas, se pueden convertir en:

• Enanas Blancas,
• Estrellas de Neutrones,
• ¿Estrellas de Quarks-Gluones?, y
• Agujeros Negros.

De todas ellas podemos (más o menos) explicar sus más destacadas caracteristicas y también el por qué, a partir de una estrella, se convierten en esos extraños objetos de tan altas densidades y, cada una de ellas (la estrella enana blanca, la de neutrones o el agujero negro, tienen sus especiales peculiaridades) pero, siguiendo la secuencia de estos tres ejemplos, la pregunta que se plantea es:

¿Podrán existir las Estrellas de Quarks? Bueno…

Colisión de iones pesados registrada por el experimento ALICE. (Imagen: CERN.) El acelerador europeo ha obtenido plasma de quarks–gluones, el primer estado de la materia tras el Big Bang. Parece que todo lo que podamos imaginar,  va siendo posible y, aunque no las hemos obervado “todavía”, no me extrañaría nada que, las estrellas de Quarks, estuvieran presentes en el Universo.

No todo son bosones de Higgs en las instalaciones del CERN. Aún hay muchas preguntas sobre el universo y sus partículas que se pueden responder a base de colisiones de alta energía. Y en eso, el LHC es el mejor. Un grupo de investigadores del consorcio europeo ha realizado nuevas mediciones de la que creen que es el primer tipo de materia que hubo durante los instantes iniciales del universo. El plasma de quarks–gluones.

Los quarks y los gluones son, respectivamente, los ladrillos y el cemento de la materia ordinaria. Durante los primeros momentos tras el Big Bang, sin embargo, no estaban unidos constituyendo partículas —como protones o neutrones— sino que se movían libremente en estado de plasma. A base de colisionar iones de plomo —que es un átomo muy pesado— a velocidades cercanas a las de la luz, el LHC pudo recrear durante pequeños lapsos de tiempo las que se creen fueron las condiciones de los primeros momentos del universo.

El plasma de quarks–gluones es extremo y efímero. Por eso los investigadores han tenido que analizar los resultados de más de mil millones de colisiones para obtener resultados significativos.

Evento de colisión de 7 TeV visto por el detector LHCb. El experimento del LHCb en el LHC estará bien ubicado para explorar el misterio de la antimateria. Ya sabéis que, durante muchos años, la ausencia de antimateria en el Universo ha atormentado a los físicos de partículas y a los cosmólogos: mientras que el Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria, no observamos ninguna antimateria primordial hoy en día. ¿Dónde ha ido? Los experimentos del LHC tienen el potencial de dar a conocer los procesos naturales que podrían ser la clave para resolver esta paradoja.

Cada vez que la materia es creada a partir de energía pura, se genera la misma cantidad de partículas y antipartículas. Por el contrario, cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan mutuamente y producen luz. La antimateria se produce habitualmente cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera de la Tierra, y la aniquilación de materia y antimateria se observa durante los experimentos de física en los aceleradores de partículas.

Equipos de físicos en todo el mundo siguen analizando datos. Aquellas primeras colisiones de protones a la alta energía prevista de 7 TeV, una potencia jamás alcanzada en ningún acelerador antes, nos puede traer noticias largamente esperadas y desvelar misterios, contestar a preguntas planteadas y, en definitiva, decirnos cómo es la Naturaleza allí, donde el ojo humano no puede llegar pero…, si la inteligencia.

Lo cierto es que, todos tenemos que convenir en el hecho cierto de que, el LHC es el mayor experimento físico de la historia de la Ciencia y que, de seguro, nos dará la oportunidad de comprender muchas cuestiones que antes se nos aparecían oscuras e indistinguibles entre la bruma de esa lejanía infinitesimal de la cuántica. Ahora, tenemos una herramienta capaz de llevarnos hasta aquellos primeros momentos en los que se construyó la historia del universo y, si podemos, de esta manera “estar allí”, veremos, con nuestros propios ojos lo que pasó y por qué pasó de esa manera.

Toda esta larga exposición de temas -que venimos tratando aquí-, de alguna manera conectados,puede que añgún día, nos lleve hasta ese nivel esperado en el que, consigamos muchos más beneficios para toda la Humanidad.  Pero como siempre, me desvío del tema.

La Hipótesis de estrella de Quarks (EQs) podrían responder a muchos interrogantes surgidos a partir de observaciones astrofísicas que no coinciden con los modelos canónicos teóricos de las Estrellas de Neutrones ( ENs ). Decimos que son hipotéticas porque se conjetura que estarían formadas por Materia Extraña ( ME ). La comunidad astrofísica espera evidencias observacionales que permitan diferenciarlas de las ENs, ya que podrían explicar un conjunto de observaciones astronómicas que aún resultan una incógnita. Es sabido que una EN es el remanente del colapso de una estrella masiva. El colapso de la estrella, la supernova, da lugar a un núcleo compacto hiperdenso de hierro y otros metales pesados que sigue comprimiéndose y calentándose. Su densidad continúa aumentando, dando lugar a una “neutronización“ (recombinación de electrones con protones que resultan en neutrones) y el gas degenerado de neutrones frena el colapso del remanente.

Se especula con la posibilidad de que existan estrellas de Quarks que estarían hechas de materia extraña de Quaks y Gluones

Una EQ, a diferencia de una EN, no se originaría necesariamente de una evolución estelar después del agotamiento del combustible nuclear de una estrella normal. Sería, probablemente, producto de la transición de fase hadrón-quark a altísima densidad. La Cromodinámica Cuántica (CDC), la Teoría de las Interacciones Fuertes que ocurren dentro de los nucleones (protones y neutrones), concibe teóricamente la idea de la transición de fase hadrón-quark a temperaturas y/ o densidades extremadamente altas con el consecuente desconfinamiento de quarks y gluones, que formarían una especie de “sopa “. Sin embargo, los quarks libres no se han encontrado aún, en uno u otro límite, en ningún experimento terrestre.

La “sopa“ que mencionamos antes, se conoce como Plasma Quark-Gluón ( PQG ). En el límite de altas temperaturas, el PQG está tratandose de obtenerse en el laboratorio y existen fuertes indicios de que se logre con éxito experimentos de altas energías como el Colisionador Relativista de Iones Pesados (conocido por sus siglas en ingles como RHIC) de Brookhaven, New York. (De hecho, como más arriba queda reflejado, ya se ha conseguido).

Por otro lado, se espera que a través de observaciones astronómicas se compruebe que la transición a altas densidades se hubiese producido en el interior de alguna EN. Esto se debe a que los valores de densidades estimados para que dicha transición tuviese lugar coinciden con densidades del orden de 3^-12 ρ0 (siendo ρ0 ̃ 0, 17 fm y ˉ ³ la densidad de equilibrio nuclear) que son típicas del interior de las ENs. Los cálculos basados en diferentes ecuaciones de estado de la materia nuclear muestran estos resultados, por lo que sería razonable que el núcleo de las ENs estuviese formado por materia de quarks.

De existir, al ser más densa, la estrella de Quarks estaria entre la de N y el A.N.

Recientemente, la relación entre campo magnéticos y materia densa está atrayendo la atención de los astrofísicos, especialmente después de las observaciones de emisiones peculiares de pulsares anómalos de rayos X, que se interpretan como ENs en rotación, y de emisiones de radiación γ de baja energía de los llamados repetidores de rayos γ suaves ( SGRs – soƒt gamma-ray repeaters ). El motor central de esas radiaciones podría ser un campo magnético mayor que 4 x 10¹³ Gauss, que es el campo crítico previsto por la Electrodinámica Cuántica.

Muchas observaciones astronómicas indirectas sólo se explicarían a través de la existencia de campos magnéticos muy intensos en los núcleos de ENs  en EQs, de manera que el papel que juega el campo magnético en la ME aún constituye un problema abierto y de sumo interés en la Astrofísica.

Son muchos los misterios quen contiene el Universo y, nosotros, debemos recorrer los caminos para desvelarlos. En la superconductividad electromagnética usual, un campo magnético suficientemente fuerte destruye el estado superconductor. Para la superconductividad de color no existe aún un consenso de cómo, la presencia del campo magnético, podría afectar al apareamiento entre los quarks.

Existen trabajos que describen de manera breve la materia extraña, con el objetivo de explicar su formación en el interior de una EN y entender la composición y características de una EQ. Han utilizado el modelo fenomenológico de bag del Massachussets Institute of Technology (MIT) para encontrar las ecuaciones de estado de la ME en condiciones determinadas, comprobando la estabilidad de la misma, frente a la materia de quarks ordinaria formada sólo por quarks u y d. Y piensan presentar, además, algunas candidatas posibles a EQs según observaciones astrofísicas. Por último, trataran de entender la superconductividad de color y la influencia del campo magnético intenso en las fases superconductoras.

Materia de Quarks:

Uno de los mayores logros alcanzados por los físicos en el último siglo, fue la construcción del Modelo Estándar en la física de partículas elementales. Este modelo sostiene que la materia en el Universo está compuesta por fermiones, divididos en quarks y leptones, que interactúan a través de los llamados bosones de calibre: el fotón (interacción electromagnética), los bosones W± y Zº (interacción débil), y 8 tipos de gluones (interacción fuerte). Junto con los bosones de calibre, existen tres generaciones de fermiones: ( v e, e ), u, d ); ( vµ, µ ), ( c, s ) ; ( v….); y sus respectivas antipartículas. Cada “ sabor “ de los quarks, up ( u ), down ( d ), charme ( c ), strange ( s , top ( t ) y bottom ( b), tiene tres colores ( el color y el sabor son números cuánticos ). La partícula que aún no ha sido descubierta experimentalmente es el bosón de Higgs, que cabe suponer sería responsable del origen de la masa de las partículas.

Los quarks son los componentes fundamentales tanto de los hadrones fermiónicos (bariones formados por la combinación de tres quarks) como de los bosónicos (mesones formados por un quark y un antiquark). ES sabido que el núcleo de un átomo está compuesto por nucleones (protones y neutrones) que a su vez están compuestos por quarks (protón = udd). David Gross y Franks Wilczek y David Politzer, descubrieron teóricamente que en la CDC el acoplamiento efectivo entre los quarks disminuye  a medida que la energía entre ellos aumenta (libertad asintótica). La elaboración de esta teoría permitió que recibieran el Premio Nobel de Física en el año 2004. En los años 60, la libertad asintótica fue comprobada experimentalmente en el Acelerador lineal de Stanford.

Podemos imaginar a los Quarks, confinados dentro de los protones y neutrones nadando en una sopa de Gluones.

Sin embargo, la CDC no describe completamente el deconfinamiento en un régimen de alta densidad y baja temperatura, debido a su complejidad matemática y a su naturaleza no lineal para bajas energías. No obstante, es posible recurrir a una descripción fenomenológica para intentar entender la física de la formación de la materia de quarks en las ENs. La materia de quarks, es decir, el plasma de quarks deconfinados y gluones, es una consecuencia directa de la libertad asintótica cuando la densidad bariónica o la temperatura son suficientemente altas como para considerar que los quarks son partículas más fundamentales que los neutrones o protones. Esta materia, entonces, dependiendo de la temperatura y del potencial químico (µ) de los quarks, aparecería esencialmente en dos regímenes. Uno de ellos, el PQG, constituiría la fase “caliente”  de la materia de quarks cuando T >> µ constituyendo la mencionada ME, que se formaría en el interior de las Ens. Esta transición de fase estaría ocurriendo en el Universo cada vez que una estrella masiva explotara en forma de supernova, con la consecuente aparición de una EN.

El observatorio Chandra de rayos X de la NASA también encontró dos estrellas inusuales: la fuente RX J1856.5-3754 con una temperatura de 10⁵  K y la fuente 3C58 con un período de 65 ms. RX J1856.5-3754 es demasiado pequeña para ser una EN convencional y 3C58 parece haberse enfriado demasiado rápido en el tiempo de vida que se le estima.

Combinando los datos del Chandra y del telescopio espacial Hubble, los astrónomos determinaron que RX J1856. 5 – 3754 radia como si fuera un cuerpo sólido con una temperatura de unos 1x 10 exp5. ºC y que tiene un diámetro de alrededor de 11 km, que es un tamaño demasiado pequeño como para conciliarlo con los modelos conocidos de las Ens.

Las observaciones realizadas por el Chandra sobre 3C58 también produjeron resultados sorprendentes. No se pudo detectar la radiación que se esperaba en la superficie de 3C58, una EN que se cree producto de la explosión de una supernova vista por astrónomos japoneses y chinos en el año 1181 de nuestra era. Se llegó a la conclusión de que la temperatura de la estrella, de menos de un millón de grados Celsius, era un valor mucho menor que el que predice el modelo. Estas observaciones incrementan la posibilidad de que los objetos estelares mencionados sean verdaderas ¡Estrellas de Quarks!

A mí, no me sorprendería nada.

emilio silvera

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