martes, 17 de octubre del 2017 Fecha
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Viajando al Corazón de la Materia

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

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Física
Un gigante para viajar al interior de la materia (El LHC, el mayor Acelerador de partículas del Mundo). Con la Potencia de 14 Tev se halló el Bosón de Higgs, ahora quieren ir más lejos para saber de las partículas que conforman la materia oscura o qué hay, más allá de los Quarks.

 

Resultado de imagen de la Fuente Europea de Neutrones por Espalación (ESS)

Después del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, situado en Suiza, otro gran experimento internacional promete sacudir la ciencia y nuestro conocimiento de la naturaleza. Hablamos de la Fuente Europea de Neutrones por Espalación (ESS, por sus siglas en inglés) un gran acelerador lineal de partículas que, como un poderoso microscopio, permitirá observar el interior de los materiales que componen nuestro mundo para así ser capaces de estudiar cómo se mueven e interactúan sus átomos por dentro y conocer los más variados fenómenos y propiedades donde nuestros ojos no llegan.

 

Resultado de imagen de la Fuente Europea de Neutrones por Espalación (ESS)

 

 

Tras un arduo período de selección del lugar de instalación del proyecto –en la que compitieron las ciudades de Bilbao y Debrecen (Hungría)–, la construcción comenzó en 2014. Las primeras pruebas están previstas para 2019 y, si todo sale como se espera, se empezará a trabajar a pleno rendimiento en 2025.

“Nuestra vida tecnológica cada vez depende más de la ciencia básica –señala a Sinc la bioquímica sueca Sindra Petersson Arsköld, que forma parte de los 400 investigadores del proyecto–. La ESS funcionará como un gran microscopio. Pero a diferencia de los microscopios convencionales no utilizará luz o lentes. Usaremos neutrones, partículas presentes en el núcleo del átomo, para ver a través de las cosas. Los neutrones atraviesan el metal como la luz atraviesa el cristal”.

 

 

Resultado de imagen de la Fuente Europea de Neutrones por Espalación (ESS)

 

 

 

Petersson comenta que “al poder estudiar como nunca las propiedades estructurales de la materia  y sus dinámicos procesos internos, como los intercambios de energía, con este nuevo experimento podremos desarrollar baterías de litio más eficientes para los coches eléctricos. Además, se podrá mejorar el desarrollo de medicamentos y el funcionamiento de los trenes magnéticos. Y también podremos penetrar la piedra y ver dentro de huevos fosilizados de titanosaurios hallados en Mongolia sin necesidad de romperlos”, subraya.

Las instalaciones de la ESS ocuparán unas 10 hectáreas (equivalente a 14 canchas de fútbol). Actualmente, la construcción –cuyas obras ha tenido la oportunidad de visitar Sinc– está al 30%.

 

 

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Vista aérea del pasado mes de julio del estado de las obras de construcción de la Fuente Europea de Neutrones por Espalación en Lund (Suecia). (Foto: Perry Nordeng / ESS)

Caminar por su interior –con chaleco, casco, gafas y guantes protectores, después de haber suministrado datos personales y firmado una planilla por si sucede algún accidente– implica prestar atención a cada paso.

 

Por ejemplo, a lo largo del silencioso y por ahora vacío túnel subterráneo de 537 metros de largo por el que dentro de unos años circularán miles millones de protones generados por dos fuentes de iones. Acelerados por campos magnéticos al 96% de la velocidad de la luz, los pulsos de protones impactarán al final de su viaje por este túnel sobre un blanco, una rueda giratoria de tungsteno.

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Será en estas colisiones en las que se producirá el proceso de espalación que le da el nombre a este proyecto: tras una reacción nuclear, por cada protón se generarán 30 neutrones, los verdaderos protagonistas de esta nueva ‘catedral’ de la ciencia moderna, que serán luego distribuidos en 16 instrumentos donde se analizarán las muestras.

“La tecnología necesaria para realizar estos experimentos es tan cara que varios países han tenido que unirse –detalla Petersson–. Suecia podría haberlo hecho sola pero hubiéramos tardado mucho más”.

A un coste de 1.843 millones de euros, no se trata de un proyecto de la UE sino de varios países europeos: 17 hasta el momento. Suecia y Dinamarca –los países anfitriones– pagan el 47,5 % de la construcción mientras que el resto de países que integran este consorcio –entre ellos Francia, Alemania, Italia, Reino Unido– se hace cargo del 52,5% restante. España fue el primer país socio de la ESS que firmó la carta oficial de intenciones en la que asumió un compromiso de aportar el 5% para su construcción.

La elección de Suecia como sede de la construcción de la ESS en mayo de 2009 significó una gran decepción para Bilbao, que desde 2006 anhelaba convertirse en un lugar de referencia en el mapa de la investigación y la ciencia.

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Aun así, desempeña un rol importante: pese a una serie de recortes presupuestarios, en el centro estratégico de tecnologías neutrónicas ESS Bilbao (en Zamudio, Vizcaya), su plantilla de 60 trabajadores se encuentra diseñando y fabricando siete piezas clave de este proyecto: entre ellas una sección del acelerador (Medium Beam Energy Transport o MEBT), un gran espectrómetro llamado Miracles y en especial el ‘corazón’ de la ESS, el target o blanco de choque contra el que se dispararán los protones.

“El diseño desarrollado por ESS Bilbao consiste en unas 7.000 piezas de un material conocido como Wolframio colocados dentro de una rueda de 2,5 metros de diámetro, comenta a Sinc Sira Cordón, responsable de comunicación de este centro de investigación.

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“La refrigeración del circuito será por gas helio. Los desarrollos de los trabajos evolucionan favorablemente –añade Cordón–. La comunidad científica española se verá beneficiada por las múltiples aplicaciones que la Fuente Europea de Neutrones por Espalación va a ofrecer para sus investigaciones con materiales en los más diversos sectores: desde el estudio de la eficacia de un detergente a la resistencia de materiales por ejemplo en transportes, la eficacia de las baterías, nuevas terapias contra el cáncer o dosificadores de medicamentos”.

Se espera además la visita de unos 2.000 científicos al año por lo que se está construyendo la Science Village Scandinavia, un pequeño pueblo de 17 hectáreas justo al lado de los límites de la instalación.

“Irónicamente, para visualizar los objetos más pequeños de la naturaleza necesitamos construir las instalaciones científicas más grandes del mundo, dice en un vídeo promocional el actor Patrick Stewart, el recordado capitán Picard de Star Trek y una de las caras famosas que buscan darle visibilidad al proyecto.

“ESS es el Hubble de la física de neutrones. Así como el telescopio espacial nos permite ver en las profundidades del espacio, con la ESS podremos explorar el espacio interior, abriendo una nueva frontera científica y tecnológica y conduciéndonos a descubrimientos que cambiarán la manera en que vemos nuestro mundo y que aún no somos capaces de imaginarnos”.

 

 

 

Aún sin haber comenzado a funcionar esta instalación ya ha deparado la primera gran sorpresa: el descubrimiento inesperado de un antiguo asentamiento de la Edad de Piedra, evidencia de que la gente ha estado viviendo en esta zona de Escandinavia más tiempo de lo que se creía anteriormente.

 

Durante el otoño de 2013, unos meses antes de la colocación de la primera piedra, 40 arqueólogos rastrillaron el amplio terreno deshabitado de unos 100.000 metros cuadrados, al noreste de Lund. Con paciencia, los investigadores del Museo de Historia Sueca inspeccionaron cada afloramiento que llamaba su atención.

El pasado no tardó en resurgir: como cuenta el director del proyecto, Magnus Andersson, encontraron restos de los primeros granjeros que habitaron el sur de Suecia entre los años 4000 y 3300 a.C. “Durante la excavación, pudimos discernir las huellas de dos casas de unos 13 metros de largo por seis de ancho –señala el arqueólogo–. Una sobre la otra, indicación de que no existieron al mismo tiempo”.

Los investigadores sospechan que varias generaciones habitaron en estas granjas. Cerca de estas cabañas redondas u ovaladas con una chimenea en el centro se encontraron también restos de unas 14 pequeñas chozas, miles de granos carbonizados –en especial cebada–, huesos de ganado, ovejas, cerdos y ciervos, un cementerio y fragmentos de cerámica con trazas de productos lácteos.

 

 

Resultado de imagen de Asentamiento de la Edad del Hierro

 

 

En este sitio, los arqueólogos hallaron también huellas de personas que vivieron en otro período posterior, durante la Edad de Hierro: restos de casas de madera, pozos y unos diez hornos. El asentamiento al parecer tuvo varios ocupantes porque hay indicaciones de que estuvo ocupado entre los años 500 a.C. hasta la era de los Vikingos, alrededor del 1050.

También encontraron unas 12 tumbas pero debido a las duras condiciones de conservación del suelo no se pudo recuperar mucho salvo dientes, anillos de oro y collares con cuentas de ámbar.

Los arqueólogos cuentan los días. Están ansiosos: desean que la construcción de la ESS termine lo antes posible para que todos estos tesoros recolectados y prolijamente catalogados, en especial los granos de hace casi 6.000 años, sean analizados por este súpermicroscopio nórdico, el futuro gigante de la ciencia europea. (Fuente: SINC)

¡La Física! Nunca duerme

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 Reporje de EL PAÍs
Física de Partículas

El LHC descubre el pentaquark

 

 

Resultado de imagen de El Pentaquarks

 

Aquí tenemos que el protón y el neutrón están formados por tres Quarks, y, el mesón por un par de Quark y antiquark. Sin embargo, han descubierto otra forma de construcción de la materia formada por cinco Quarks.

 

 

Imagen relacionada

 

Una posible estructura del pentaquark CERN

 

Científicos en el mayor acelerador de partículas del mundo anuncian el hallazgo de una exótica partícula compuesta de cinco quarks cuya existencia fue predicha hace medio siglo

 

 

Un operario examina el experimento LHCb

                                           Un operario examina el experimento LHCb NSF

Los científicos del mayor acelerador de partículas del mundo, el LHC de Ginebra, han descubierto una nueva partícula: el pentaquark.

El hallazgo, anunciado hoy por el laboratorio europeo de física de partículas CERN, lo ha hecho el equipo del experimento LHCb y confirma la existencia de una nueva forma de organizar la materia a nivel subatómico. El pentaquark recibe su nombre porque está compuesto de cinco partículas fundamentales.

Toda la materia que conocemos se organiza a nivel subatómico de diferentes maneras. Los protones y los neutrones, por ejemplo, están formados por tres quarks. Otro tipo de ensamblaje lo componen los mesones, formados por pares de quarks hechos de materia y antimateria. Más allá de estas dos categorías, se sabía que la materia podía componer otras variantes más exóticas que, sin embargo, nunca habían sido observadas.

 

 

 

http://www.abc.com.py/archivos/2015/07/14/el-pentaquark-192530.jpg

El experimento LHCb ha permitido ahora encontrar una nueva variante formada de cuatro quarks de materia convencional y un antiquark, hecho de antimateria.

“Vimos un pico en las gráficas muy parecido al que se veía cuando el bosón de Higgs fue descubierto”, explica a Materia Guy Wilkinson, portavoz del experimento, uno de los cuatro grandes del CERN.

Curiosamente los datos aparecieron en la primera ronda de experimentos en el CERN, que terminó hace dos años. No fue hasta hace tres o cuatro meses que los científicos se toparon con esos datos. Hasta hace muy poco se estuvo comprobando que lo que veían no podía deberse a otra cosa sino a la existencia de una nueva partícula, explica Wilkinson. Ahora, el nivel de confianza está alrededor de nueve sigma, muy por encima de los cinco que se necesitan en física para reclamar un descubrimiento, resalta. Los detalles del hallazgo, anunciado hoy, están disponibles en arxiv.org y se han enviado a la revista Physical Review Letters.

Dentro del estándar

 

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Vimos un pico en las gráficas muy parecido al que se veía cuando el bosón de Higgs fue descubierto

 

El primero en proponer la existencia de mesones y bariones hacia más de medio siglo fue Murray Gell-Mann en 1964, lo que le valió el Nobel de Física en 1969. Su modelo también predecía la existencia de partículas compuestas más exóticas como la recién descubierta. Esta nueva partícula “nos puede permitir entender de qué está compuesta la materia ordinaria, los protones y neutrones de los que estamos hechos”, dice Wilkinson.Probablemente, añade, no haya solo un tipo de pentaquark sino varios, y ahora toca buscarlos durante la presente ronda de experimentos en el LHC.

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El LCH pretende llegar más allá del Modelo Estándar. Sin embargo, otra cosa es que lo consigan

El objetivo más preciado del LHC, que ha empezado a funcionar al doble de potencia, es encontrar física más allá del llamado modelo estándar, que describe las leyes físicas que gobiernan la materia conocida. El nuevo hallazgo no llega a tanto, aunque es de gran importancia. “El modelo de quarks, propuesto hace más de 50 años no excluye la posibilidad de que existan partículas formadas por más de tres quarks, pero estos llamados hadrones exóticos solo empezaron a dar muestras de su existencia hace pocos años”, ha explicado Juan Saborido, responsable del grupo de la Universidad de Santiago de Compostela participante en LHCb, en una nota de prensa del CPAN. Para el investigador español, el descubrimiento de estas nuevas partículas formadas por cinco quarks, “no implica física más allá del Modelo Estándar, pero es un hallazgo muy importante para el entendimiento de la estructura de los hadrones”.

Resultado de imagen de El Pentaquarks

El pentaquark ha sido descubierto observando los productos de colisiones entre bariones y estudiando las partículas resultantes. Así han desvelado la existencia de dos estados intermedios de la materia cantidad de datos acumulada por el LHV indican la existencia de la nueva partícula.

“Hemos aprovechado la gran cantidad de datos acumulada por el LHC y la excelente precisión de nuestro detector para comprobar a qué se deben esas señales”, ha explicado Tomasz Skwarnicki , científico del LHCb, en una nota de prensa del CERN. “Nuestra conclusión es que solo pueden explicarse por la existencia de pentaquarks”, añade.

Ahora el gran misterio es cómo se sostienen los pentaquarks. Una posibilidad es que sus cinco componentes estén bien unidos. La otra es que sean el producto de la unión entre una barión y un mesón.

El enigma del Neutrón

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Decaimiento β- de un núcleo. Se ilustra cómo uno de los neutrones se convierte en un protón a la vez que emite un electrón-) y un antineutrino electrónico.

La desintegración Beta del neutrón está mediada por un Bosón W-,que transforma uno de sus quarks, y se desintegra en el par electrón-antineutrino. Ahora leamos el reportaje de la Revista “Investigación y Ciencia”, referido a la física de partículas y a unas mediciones efectuadas que no son coincidentes.

“Dos técnicas de precisión arrojan valores distintos para el tiempo que tardan los neutrones en desintegrarse. ¿Se trata de un error experimental, o hay un misterio más profundo?

 

BILL MAYER

En síntesis

Los neutrones libres no son estables: pasados unos 15 minutos, un neutrón se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino. Conocer con exactitud su vida media es clave para abordar varias cuestiones en física y cosmología.

Existen dos métodos para determinar con precisión la vida media de esta partícula. El primero cuenta los neutrones que quedan en un recipiente después de cierto tiempo; el segundo cuenta los protones generados en su desintegración.

Hace años que una y otra técnica arrojan valores considerablemente dispares. Se cree que la discrepancia obedece a errores sistemáticos en alguno de los experimentos; sin embargo, hasta ahora nadie ha logrado dar con ellos.

Así hemos podido desvelar el secreto de que como se dice antes y se ve en la imagen, el neutrón al desintegrarse sigue este camino:

 

{\displaystyle {\mbox{n}}\rightarrow {\mbox{p}}^{+}+{\mbox{e}}^{-}+{\bar {\nu }}_{\mbox{e}}} 

14 6C → 14 7N + e

 

Este proceso ocurre espontáneamente en neutrones libres, en el transcurso de 885.7(8) s de vida media.

Neutrón-Estructura de Quarks.png

Un neutrón está formado por dos quarks dowm (abajo) y un quark up (arriba), tiene una vida media de 14,761 minutos, es una partícula de la familia de los hadrones en su vertiente bariónica, interacción: con la Gravedad, la nuclear débil y la nuclear fuerte, su símbolo es n, su antipartícula es el antineutrón, la teorízo Rutherford y la descubrio James Chadwick, su masa es de  1,674 927 29(28)×10−27 K., la carga eléctrica es cero, espín ½. Se conoce cuando forma parte del átomo por nucleón.

Por suerte para la vida en la Tierra, la mayor parte de la materia no es radiactiva. Aunque no solemos darle demasiada importancia, este hecho no deja de resultar sorprendente, ya que el neutrón (uno de los constituyentes, junto con el protón, de los núcleos atómicos) es propenso a desintegrarse. En el interior de un núcleo típico el neutrón puede vivir durante largo tiempo, pero, aislado, se desintegra en otras partículas en unos 15 minutos. Decimos «unos 15 minutos» para ocultar nuestra ignorancia al respecto, ya que, hasta ahora, no hemos sido capaces de medir con exactitud la vida media de esta partícula.

Resolver este «rompecabezas de la vida media del neutrón» no solo supone una cuestión de orgullo para nuestro gremio, el de los físicos experimentales, sino que resulta también vital para comprender mejor las leyes físicas. La desintegración del neutrón constituye uno de los procesos más sencillos en los que interviene la interacción débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Para entenderla por completo, hemos de saber cuánto tarda un neutrón aislado en desintegrarse. Por otro lado, la vida media del neutrón condicionó cómo se formaron los elementos químicos más ligeros después de la gran explosión que dio origen a nuestro universo. A los cosmólogos les gustaría poder calcular las abundancias esperadas de los distintos elementos y contrastarlas con los datos obtenidos por los astrofísicos. Un acuerdo apuntalaría nuestras teorías cosmológicas, mientras que una discrepancia indicaría la existencia de fenómenos físicos aún por descubrir. Pero, para poder llevar a cabo dicha comparación, hemos de conocer con exactitud cuánto vive un neutrón antes de desintegrarse.

Dibujo20130128 neutron lifetime through time from year 1960 until 2010

Hace más de diez años, dos grupos experimentales, uno en Francia y otro en EE.UU., intentaron medir con precisión la vida media del neutrón. Uno de nosotros (Geltenbort) pertenecía al primer equipo, mientras que el otro (Greene) trabajaba en el segundo. Con sorpresa y cierta inquietud, comprobamos que nuestros resultados diferían de manera considerable. Algunos teóricos sugirieron que la discrepancia podría deberse a fenómenos físicos exóticos, como que parte de los neutrones se hubiesen desintegrado en partículas nunca antes observadas. Nosotros, sin embargo, achacamos la diferencia a una razón mucho más mundana: uno de los grupos —o ambos— tenía que haber cometido algún error o sobreestimado la precisión de sus resultados.

Hace poco, el equipo estadounidense completó un largo y concienzudo proyecto para estudiar la principal fuente de error que afectaba a sus mediciones. Lejos de zanjar la cuestión, sus esfuerzos solo confirmaron los resultados previos. Al mismo tiempo, otros investigadores verificaron los resultados del grupo de Geltenbort. Esta discrepancia nos ha dejado más perplejos de lo que ya estábamos, pero no hemos abandonado. Por el momento, ambos equipos y otros físicos experimentales seguimos buscando una respuesta.

CRONOMETRAR NEUTRONES

Dibujo20130128 neutron lifetime weighted average - particle data group 2012

El neutrón y el protón forman los núcleos de los átomos; el protón es estable (su vida media es superior a 10³² años, según PDG 2012), pero el neutrón es inestable (vía la interacción electrodébil se desintegra en un protón) y aislado su vida media es de solo 880,1 ± 1,1 segundos (14 minutos y 40,1 segundos)

En teoría, determinar la vida media del neutrón es sencillo. Entendemos bien la física del proceso y disponemos de las herramientas adecuadas para estudiarlo. Sabemos que, siempre que una partícula pueda desintegrarse en otras de menor masa, acabará haciéndolo si en el proceso se conservan ciertas propiedades, como la carga eléctrica o el espín. En la llamada desintegración beta, un neutrón se transforma en un protón, un electrón y un antineutrino. Las masas de estas tres partículas suman algo menos que la masa del neutrón, pero la carga y el espín totales permanecen idénticos. Entre las cantidades conservadas se incluye la suma de masa y energía, por lo que las tres partículas finales incorporan esa pequeña diferencia de masa en forma de energía cinética.”

Nota: El artículo me ha sido enviado por Don José Gómez, un contertulio y visitante de ésta página que, con buen creiterio, apunta que en cuanto a esas diferentcias, las pruebas deben ser repetidas en distintos lugares y, si es posible, por distintos cien´tificos también, ya que, en física de partícula, los resultados de un experimento, debe coincidir sin fisuras.

Las simetrías “biológicas” del Universo

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En cualquier sitio que miremos nos dirán que la supersimetría en la física de partículas es: Una simetría hipotética propuesta que relacionaría las propiedades de los Bosones y los Fermiones. Aunque todavía no se ha verificado experimentalmente que la supersimetría sea una simetría de la naturaleza, es parte fundamental de muchos modelos teóricos, incluyendo la teoría de supercuerdas. La sipersimetría La también es conocida por el acrónimo inglés SUSY.

Resultado de imagen de la teoría de Yang–Mills

La Supersimetría tiene unas matemáticas muy bellas y por esa razón los artículos sobre el tema están llenos de ellas. Como ha sucedido antes, por ejemplo, cuando se propuso la teoría de Yang–Mills, tenemos un esquema matemático brillante que aún no sabemos como encajar en el conjunto de las leyes naturales. No tiene ningún sentido, todavía, pero esperamos que lo tenga en un tiempo futuro.

“Apesar de constituir la pieza central del paradigma de la física de interacciones fundamentales basado en teorías relativistas cuánticas de campos, las teorías gauge no abelianas presentan a los 50 años de su descubrimiento por Yan y Mills numerosos interrogantes que afectan incluso a su propia consistencia. La importancia de resolver alguno de estos problemas impulsó al Instituto Clay a considerarlos como uno de los retos matemáticos del nuevo milenio. El planteamiento del problema requiere elementos de las teorías físicas de la relatividad especial y la mecánica cuántica al mismo tiempo que campos de matemática como la teoría de probabilidades, geometría diferencial y análisis funcional

 

Hay otro escenario mucho más atractivo para nuestra imaginación. Hemos podido ver que los átomos están formados  por pequeños constituyentes, los fotonesneutrones y electrones. Luego descubrimos que esos constituyentes, a su vez, tienen una subestructura: están formados de quarks y gluones. ¿Por qué, como probablemente hayas  pensado tú antes, el proceso no continúa así? Quizñá esos Quarks y Gluones, e igualmente los electrones y todas las demás partículas aún llamadas “elementales” en el Modelo Estándar, estén también construidas de unos granos de materia aún menores y, finalmente, toda esa materia, si seguimos profundizando, nos daría la sorpresa de que toda ella es pura luz, es decir, la esencia de la materia.

Yo he tenido esa idea muy frecuentemente, nadie me quita de la cabeza que la materia, en lo más profundo de su “ser”, es la luz congelada en trozos de materia que, cuando llegan los sucesos, las transiciones de fase, se deja ver y sale a la “luz” del mundo para que la podamos contemplar.

http://www.palimpalem.com/8/CENTROSANERGIAALICANTE/userfiles/CARACOLA-VITAL-HUMANA.jpg

Simetría es nuestra presencia aquí como observadores, la concha de un caracol, una galaxia, una flor y también las estrellas y los mundos, todo forma un conjunto armónico que hace ese todo en el que nosotros, inmersos en tanta grandeza, no acabamos de asimilar lo mucho que la Naturaleza nos quiere transmitir y, al formar parte de ella, nos cuesta más mirarla desde “fuera” para entenderla, sin ser conscientes que, en realidad, la debemos mirar desde dentro, ahí es donde estamos. ¡Dentro de ella! Siempre hay algo más allá:

 Resultado de imagen de The Scale of the Universe 2 - HTwins.net

   The Scale of the Universe 2 – HTwins.net

¿Quieres darte una vueltecita por el universo, en un tiempo razonable y entre las escalas de lo más inimaginablemente grande y lo infinitesimalmente pequeño? Prueba The Scale of the Universe 2segunda parte de un interactivo similar que hace tiempo estuvo circulando por la Red, y a disfrutar. Basta mover la barra de desplazamiento o usar la rueda del ratón, y también se puede hacer clic sobre los objetos para aprender algo sobre ellos.

 Todos sabemos de las grandes estructuras (inertes o vivas) que, en su inmensidad, transportan dentro de ellas o en la misma superficie, otras estructuras más pequeñas que, no por ello, dejan de ser también complejas. Grandes pulgas transportan pequeñas pulgas en su piel y, al igual que nosotros, llevan en ellas mismas a otros animáculos más pequeños, o, infinitesimales que, también, como nosotros, animales más grandes, tienen una misión encomendada sin la cual, seguramente nosotros, ni podríamos ser. Así que, tenemos que prestar mucha atención a lo que creemos “ínfimo” y que, en la mayoría de las veces, resulta ser más importante de lo que podemos llegar a imaginar.

Si miramos a los Quarks de un protón, por ejemplo, la mecánica cuántica (esa teoría maravillosa que controla todo el micromundo con increíble precisión), exige que el producto de la masa por la velocidad, el llamado “momento”, debe ser inversamente proporcional al tamaño de la “caja” en la cual ponemos nuestro sistema. El protón puede ser considerado como una de tales cajas y es tan pequeño que los quarks en su interior tendrían que moverse con una velocidad cercana a la de la luz. Debido a esto, la masa efectiva de los quarks máss pequeños, u y d, es aproximadamente de 300 MeV, que es mucho mayor que el valor que vemos en las Tablas de Partículas; eso también expñlica porque la masa del Protón es de 900 MeV, mucho mayor que la suma de las masas en reposo de los quarks /y Gluones).

 

 Sí, dentro de los protones y neutrones, seguramente pueda haber mucho más de lo que ahora podemos vislumbrar. Nuestros aceleradores de partículas han podido llegar hasta ciertos límites que nos hablan de Quarks y ahora se buscan partículas supersimétricas o bosones traficantes de masa (como diría Ton Wood), y, nosotros, no sabemos si esos objetos existen o si podremos llegar a encontrarlos pero, por intentarlo… No dudamos en gastar ingentes cantidades y en utilizar cuantos recursos humanos sean precisos. El conocimiento de la Naturaleza es esencial para que, el futuro de la Física, sea la salvación de la Humanidad o, en su caso, de la raza que vendrá detrás de nosotros.

http://starviewer.files.wordpress.com/2010/03/cuerdastheory.jpg

Algunas Teorías, como todos conocemos, han intentado unificar teorías de color con las de supersimetría. Quizá los nuevos Aceleradores de  Hadrones  (LHC) y otros similares que estarán acabamos poco después de estas primeras décadas del siglo XXI, nos puedan dar alguna pista y desvelar algunos de los nuevos fenómenos asociados a los nuevos esquemas que se dibujan en las nuevas teorías.

Los astrofísicos están muy interesados en estas ideas que predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas y, también varios tipos de partículas  que interaccionan ultradébilmente. Estas podrían ser las “famosas” WIMPs que pueblan los huecos entre galaxias para cumplir los sueños de los que, al no saber explicar algunas cuestiones, acudieron a la “materia oscura” que, como sabeis, les proporcionó el marco perfecto para ocultar su inmensa ignorancia. “¡La masa perdida!” ¿Qué masa es esa? Y, sin embargo, los Astrofísicos, incansables, se aferran a ella y la siguen buscando…¡Ilusos!

¡El Universo! ¡Son tantas cosas! Desde nosotros los observadores, hasta la más ínfima partícula de materia, o la mayor de las galaxias.

Yo, en mi inmensa ignorancia,  no puedo explicar lo que ahí pueda existir. Sin embargo, sospecho que, deberíamos ahondar algo más en esa fuerza que llamamos Gravedad y que, me da la sensación de que nos esconde secretos que aún no hemos sabido desvelar. Y, por otra parte, tengo la sospecha de que la Luz, es más de lo que podemos suponer.

Todo lo que nos rodea es materia, incluso lo que no vemos está formado por gases que también son materia y que forman parte de nuestra atmósfera. La materia está constituida por átomos y moléculas que determinan el tipo de compuesto que forman, así pueden formar parte de materia orgánica o inorgánica, o pueden ser parte de materia viva o inerte. La materia existe organizada en una gran diversidad de formas y a diferentes niveles,  la materia y la energía son dos cosas diferentes pero se encuentran unidas, la una no puede existir sin la otra.
La vida, al igual que otros acontecimientos que ocurren en el universo, posee una historia, es un producto de la evolución de la Tierra en su conjunto, la vida es el resultado de una serie de procesos, a través de dichos procesos la materia se fue organizando de acuerdo con las posibilidades que las condiciones ambientales y las características que los propios materiales participantes brindaban; así se originaron estructuras cada vez más complejas, como resultado de esta evolución gradual debieron aparecer las primeras células, presentándose de esta forma nuevas posibilidades de desarrollo en el  mundo biológico.
Resultado de imagen de El Universo entero es biológico
La vida, amigos míos, está presente por todo el Universo, es una parte de él, como las fuerzas fundamentales o las constantes universales que lo definen. La vida está esparcida por todas sus regiones y sus mundos, cuando reúnen las condiciones para ello. No existe ningún lugar privilegiado y cada lugar es parte de un todo.
Sí, no sólo el Mundo, nuestro mundo. También el Universo entero es Biológico y en el, rigen esas fuerzas y constantes que conocemos y que no hemos llegado a comprender en todo su esplendor. Pero, conocemos lo suficiente para saber que, “no sabemos” pero que “debemos saber”.
“Se analizan las interacciones electromagnéticas y nucleares débiles utilizando el principio fundamental de simetría en espacios abstractos denominados teoría de campos de Yang-Mills, también conocidos como campos de norma (gauge fields) y el mecanismo de Higgs. Los campos de norma actúan como mediadores de las interacciones, cuyo alcance está determinado de manera directa por la masa. Por este motivo los campos de norma se unen al mecanismo de Higgs que genera masa a los portadores de las interacciones, manteniendo la teoría invariante bajo una transformación de norma. Esto se logra a través de un rompimiento espontaneo de simetría para finalmente aplicar esta metodología con la finalidad de unificar las teorías de las interacciones considerando el modelo estándar de Weinberg-Salam.”
Claro que, lo que nos dicen algunas teorías y que aún, no hemos sido capaces de verificar, no quiere decir que esas teorías anden por el mal camino, hay que perseverar y llegar hasta el final para estar seguros de que, lo que auguran es cierto o, por el contrario, debemos desecharlo y tomar otros caminos.
Paul Dirac (¿Recordais?), se sintió muy incómodo cuando en 1931, a partir de su magistral ecuación para el electrón, vaticinó que debería existir una partícula contraria, es decir, una antipartícula del electrónque tendría carga eléctrica opuesta. Aquella partícula no había sido descubierta y no quería perturbar a la comunidad científica con una proposición tan revolucionaria. “Quizá esta partícula cargada positivamente, tan extraña, sea simplemente el protón”, sugirió. Cuando poco después se identificó la auténtica antipartícula del electrón (el positrón) se sorprendió tanto que exclamó: “¡mi ecuación es más inteligente que su inventor!”.
¡Quién sabe lo que estará por descubrir!

emilio silvera

¿Qué es un bosón? y ¿qué es un bosón gauge?

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Un bosón es una partícula elemental (o estado ligado de partículas elementales, por ejemplo, un núcleo atómico o átomo) con espín entero, es decir, una partícula que obedece a la estadísitca de Bose-Einstein (estadísictica cuántica), de la cual deriva su nombre. Los bosones son importantes para el Modelo estándar de las partículas. Son bosones vectoriales de espín uno que hacen de intermediarios de las interacciones gobernadas por teorías gauge. Los Fotones, los Gluones, el hipotético Gravitón, las partículas W y Z son todos bosones mensajeros del electromagnetismo y todas las formas de radiación, de la fuerza nuclear fuerte, de la Gravedad, y, de la fuerza nuclear débil.

En física se ha sabido crear lo que se llama el Modelo estándar y, en él, los Bosones quedan asociados a las tres fuerzas que lo conforman, el fotón es el Bosón intermediario del electromagnetismpo, los W+, w-y Zº son bosones gauge que transmiten la fiuerza en la teoría electrodébil, mientras que los gluones son los bosones de la fuerza fuerte, los que se encargan de tener bien confinados a los Quarks conformando protones y neutrones para que el núcleo del átomo sea estable. La Gravedad, no se ha dejado meter en el modelo y, por eso su bosón no es de gauge. El gravitón que sería la partícula mediadora de la gravitación sería el hipótetico cuanto de energía que se intercambia en la interacción gravitacional.

Ejemplos de los Bosones gauge son los fotones en electrodinámioca cuántica (en física, el fotón se representa normalmente con el símbolo \gamma \!, que es la letra griega gamma), los gluones en cromodinámica cuántica y los bosones W y Z en el modelo de Winberg-Salam en la teoría electrodébil que unifica el electromagnetismo con la fuerza débil. Si la simetría  gauge de la teoría no está rota, el bosón gauge es no masivo. Ejemplos de nbosones gauge no masivos son el fotón y el gluón.

Si la simetría gauge de la teoría  es una simetría rota el bosón gauge tiene masa no nula, ejemplo de ello son los bosones W y Z . Tratando la Gravedad, descrita según la teoría de la relatividad general, como una teoría gauge, el bosón gauge sería el gravitón, partícula no masiva y de espín dos.

File:Electron-positron-scattering.svg

Diagrama de Feynman mostrando el intercambio de un fotón virtual (simbolizado por una línea ondulada y \gamma \,) entre un positrón y un electrón.De esta manera podemos llegar a comprender la construcción que se ha hecho de las interacciones que están siempre intermediadas por un nosón mensajero de la fuerza.

En el modelo estándar, como queda explicado,  hay tres tipos de bosones de gauge: fotones, bosones W y Z y gluones. Cada uno corresponde a tres de las cuatro interacciones: fotones son los bosones de gauge de la interacciones electromagnética, los bosones W y Z traen la interacción débil, los gluones transportan la interacción fuerte.  El gravitón, que sería responsable por la interacción gravitacional, es una proposición teórica que a la fecha no ha sido detectada. Debido al confinamiento del color, los gluones aislados no aparecen a bajas energías.

Aquí, en el gráfico, quedan representadas todas las partículas del Modelo estándar, las familias de Quarks y Leptones que conforman la materia y los bones que intermedian en las interacciones o fuerzas fundamentales que están presentes en el Universo. La Gravedad no ha podido ser incluida y se ha negado a estar unida a las otras fuerzas. Así el bosón que la transnmite, tampoco está en el modelo que es incompleto al dejar fuera la fuerza que mantiene unidos los planetas en los sistemas solares, a las galaxias en los cúmulos y nuestros pies unidos a la superficie del planeta que habitamos. Se busca una teoría que permita esta unión y, los físicos, la laman gravedad cuántica pero… ¡no aparece por ninguna parte!

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Llegados a este punto tendremos que retroceder, para poder comprender las cosas, hasta aquel trabajo de sólo ocho páginas que publicó  Max Planck  en 1.900 y  lo cambió todo. El mismo Planck se dio  de que, todo lo que él había tenido por cierto durante cuarenta años, se derrumbaba con ese trabajo suyo que, venía a decirnos que el mundo de la materia y la nergía estaba hecho a partir de lo que el llamaba “cuantos”.

Supuso el nacimiento de la Mecánica Cuántica (MC), el fin del determinismo clásico y el comienzo de una nueva física, la Física Moderna, de la que la Cuántica sería uno de sus tres pilares junto con la Relatividad y la Teoría del Caos. Más tarde, ha aparecido otra teoría más moderna aún por comprobar, ¿las cuerdas…?

El universo según la teoría de las cuerdas sería entonces una completa extensa polícroma SINFONIA ETERNA de vibraciones, un multiverso infinito de esferas,  una de ellas un universo independiente causalmente, en una de esas esferas nuestra vía láctea, en ella nuestro sistema solar, en él nuestro planeta, el planeta tierra en el cual por una secuencia milagrosa de hechos se dió origen a la vida autoconsciente que nos permite preguntarnos del cómo y del por qué de todas las cosas que podemos observar y, también, de las que intiuimos que están ahí sin que se dejen ver.

Claro que, cuando nos adentramos en ese minúsculo “mundo” de lo muy pequeño, las cosas difieren y se apartan de lo que nos dicta el sentido común que, por otra parte, es posible que sea el  común de los sentidos. Nos dejamos guiar por lo que observamos, por ese mundo macroscópico que nos rodea y, no somos consciente de ese otro “mundo” que está ahí formando parte del universo y que, de una manera muy importante incide en el mundo de lo grande, sin lo que allí existe, no podría existir lo que existe aquí.

Interacciones en la naturaleza

                                   Interacciones en la naturaleza

 Albert Einstein habría dicho que “es más importante la imaginación que el conocimiento”, el filósofo Nelson Goodman ha dicho que “las formas y las leyes de nuestros mundos no se encuentran ahí, ante nosotros, listas  ser descubiertas, sino que vienen impuestas por las versiones-del-mundo que nosotros inventamos – ya sea en las ciencias, en las artes, en la percepción y en la práctica cotidiana-.”

Sin embargo yo, humilde pensador, me decanto por el hecho cierto de que, nuestra especie,  siempre llegó al conocimiento a través de la imaginación y la experiencia primero, a la que más tarde,  acompañó largas secciones de estudio y muchas horas de mediatación y, al final de todo eso, llego la experimentación que hizo posible llegar a lugarés ignotos que antes nunca, habían podido ser visitados. De todo ello, pudieron surgir todos esos “nuevos mundos” que, como la Mecanica Cuántica y la Relatividad, nos describían el propio mundo que  nos era desconocido.

Cuando comencé éste trabajo sólo quería dar una simple explicación de los bosones y su intervención en el mundo de lo muy pequeño pero…

      Demócrito de Abdera

No estaría mal echar una mirada hacia atrás en el tiempo y recordar, en este momento, a Demócrito que, con sus postulados, de alguna manera venía a echar un poco de luz sobre el asunto, dado que él decía que  para determinar  si algo era un á-tomo habría que ver si era indivisible. En el modelo de los quarks, el protón, en realidad, un conglomerado pegajoso de tres quarks que se mueven rápidamente. Pero como esos quarks están siempre ineludiblemente encadenados los unos a los otros, experimentalmente el protón aparece indivisible.

Acordémonos aquí de que Boscovich decía que, una partícula elemental, o un “á-tomo”, tiene que ser puntual. Y, desde luego, esa , no la pasaba el protón. El equipo del MIT y el SLAC, con la asesoría de Feynman y Bjorken, cayó en la cuenta de que en este caso el criterio operativo era el de los “puntos” y no el de la indivisibilidad. La traducción de sus  a un modelo de constituyentes puntuales requería una sutileza mucho mayor que el experimento de Rutherford.

Precisamente por eso era tan conveniente fue tan conveniente para Richard Edward Taylor y su equipo, tener a dos de los mejores teóricos del mundo en el equipo aportando su ingenio, agudeza e intuición en todas las fases del proceso experimental. El resultado fue que los  indicaron, efectivamente, la presencia de objetos puntuales en movimiento dentro del protón.

En 1990 Taylor, Friedman y Kendall recogieron su premio Nobel por haber establecido la realidad de los quarks. Sin embargo, a mí lo que siempre me ha llamado más la atención es el hecho cierto de que, este descubrimiento como otros muchos (el caso del positrón de Dirac, por ejemplo), han  posible gracias al ingenio de los teóricos que han sabido vislumbrar cómo era en realidad la Naturaleza.

A todo esto, una buena  sería: ¿cómo pudieron ver este tipo de partículas de tamaño infinitesimal, si los quarks no están libres y están confinados -en este caso- dentro del protón?  Hoy, la  tiene poco misterio sabiendo lo que sabemos y hasta donde hemos llegado con el LHC que, con sus inmensas energías “desmenuza” un protón hasta dejar desnudos sus más íntimos secretos.

    Este es, el resultado ahora de la colisión de protones en el LHC

Lo cierto es que, en su momento, la teoría de los Quarks hizo muchos conversos, especialmente a medida que los teóricos que escrutaban los  fueron imbuyendo a los quarks una realidad creciente, conociendo mejor sus propiedades y convirtiendo la incapacidad de ver quarks libres en una virtud. La  de moda en aquellos momentos era “confinamiento”. Los Quarks están confinados permanentemente porque la energía requerida para separarlos aumenta a medida que la distancia entre ellos crece. Esa es, la fuerza nuclear fuerte que está presente dentro del átomo y que se encarga de transmitir los ocho Gluones que mantienen confinados a los Quarks.

Así, cuando el intento de separar a los Quarks es demasiado intenso, la energía se vuelve lo bastante grande para crear un par de quark-anti-quark, y ya tenemos cuatro quarks, o dos mesones. Es como intentar  un cabo de cuerda. Se corta y… ¡ya tenemos dos!

¿Cuerdas? Me parece que estoy confundiendo el principal objetivo de este trabajo y, me quiero situar en el tiempo futuro que va, desde los quarks de Gell-Mann hasta las cuerdas de Veneziano y John Schwarz y más tarde Witten. Esto de la Física, a veces te juega malas pasadas y sus complejos caminos te llevan a confundir conceptos y  momentos que, en realidad, y de manera individualizada, todos han tenido su propio tiempo y lugar.

¿Cuántas veces no habré pensado, en la posibilidad de tomar el elixir de la sabiduría para poder comprenderlo todo? Sin embargo, esa pósima mágica no existe y, si queremos , el único camino que tenemos a nuestro alcance es la observación, el estudio, el experimento… ¡La Ciencia!, que en definitiva, es la única que nos dirá como es, y como se producen los fenómenos que podemos contemplar en la Naturaleza y, si de camino, podemos llegar a saber el por qué de su comportamiento… ¡mucho mejor!

       El camino será largo y, a veces, penoso pero… ¡llegaremos!

Nuestra insaciable curiosidad nos llevará lejos en el saber del “mundo”. llegaremos al corazón mismo de la materia para conmprobar si allí, como algunos imaginan, habitan las cuerdas vibrantes escondidas tan profundamente que no se dejan ver. Sabremos de muchos mundos habitados y podremos hacer ese primer contacto tántas veces soñado con otros seres que, lejos de nuestro región del Sistema solar, también, de manera independiente y con otros nombres, descubrieron la cuántica y la relatividad. Sabremos al fín qué es la Gravedad y por qué no se dejaba juntar con la cuántica. Podremos realizar maravillas que ahora, aunque nuestra imaginación es grande, ni podemos intuir por no tener la información necesaria que requiere la imaginación.

En fín, como decía Hilbert: ¡”Tenemos que saber, sabremos”!

emilio silvera