martes, 23 de mayo del 2017 Fecha
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¿Será verdad que la Materia nos habla?

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

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Hemos inventado máquinas enormes que, utilizando inmensas energías, profundizan en el corazón de la materia. El procedimiento es el de hacer chocar haces hadrones lanzados a velocidades cercanas a la de la luz, y, de ese encuentro brutal aparecen hecho añicos los residuos de los materiales de los que están hechos los protones y otras partículas.

Todas las cosas están hechas de la misma cosa: Quarks y Leptones, no importa que tenga la forma de una montaña, un océano, un mundo, una galaxia… ¡Todo lo que allí pueda existir y la forma que pueda adoptar… ¡Serán Quarks y Leptones! Las partículas que forman átomos que al juntarse hacen las moléculas y éstas, se unen para conformar los cuerpos.

Los objetos que pueblan el Universo son de distintas conformaciones y, cada uno de ellos, tiene una función, nada existe porque sí, cada cosa desempeña su papel en el gran escenario universal. También los seres vivos, independientemente de su condición, están aquí por alguna razón.

Pudimos llegar a captar, con nuestros telescoopios, esas grandes estructuras que llamamos galaxias, y, en ellos, como si de universos islas se tratara, pudimos descubrir toda clase de objetos que nos asombraron por sus formas y comportamientos: supimos de la fusión de elementos en las estrellas, y, con asombro, pudimos comprobar en lo que se podían convertir al final de sus vidas, cuando agotado el combustible nuclear de fusión, pasaban a ser estrellas enanas blancas, de neutrones o agujeros negros.

             Según la forma que adopte en cada momento nos está contando una historia

¡AH! Pero eso sí, la materia nos habla y tiene sus recuerdos, sólo tenemos que aprender a escucharla y a saber leer lo que en ella está escrito.  Algunos lo hacen.

No hemos llegado aún al nivel que perseguimos, el aviso de que estaremos muy cerca de conseguirlo, estará situado en la fecha en que consigamos desvelar completamente la teoría M.  Cuando ese velo sea corrido, veremos asombrados el origen del Universo y de la materia, de las fuerzas fundamentales y de las constantes que son el equilibrio del mundo.  Allí, reunidas en normal armonía, veremos convivir la mecánica cuántica y la Gravedad, no habrá infinitos, y, la coherencia y la razón será la moneda que circule.

La materia está conformada por una serie de pequeñitos objetos que llamamos partículas subatómicas que son las responsables (dividias en distintas familias) de conformar la materia que conocemos que adoptan formas conforme a los cometidos que tienen asignados en el Universo en cada Tiempo y momento. También los seres vivos evolucionados hasta las mentes superiores están hechas de estos mismos ingredientes atómicos.

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Nos valemos de los sentidos para enviar información del mundo exterior a nuestros cerebros

Entonces, nuestros sentidos habrán evolucionado junto a nuestra inteligencia y, seremos capaces de visualizar en nuestras mentes (ahora se resisten), otras dimensiones más altas que, ahora no podemos ni imaginarlas como holografías y, que sin embargo, de manera real están presentes en nuestro mundo.

¿Cómo es posible que una fuerza gravitatoria esté incidiendo realmente en la marcha de las Galaxias y que no seamos capaces de ver la enorme masa que la genera?

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Si realmente existen universos paralelos a los que algún día podamos tener acceso, podrían ser éstos los que generan la fuerza de gravedad que atraen a las galaxias de nuestro Universo. Si fuese así, la materia “oscura” estaría demás en toda esta ecuación.

Pero… ¿Dónde está escondida esa ingente cantidad de materia que no se ve y, sin embargo, su fuerza y energía trasciende hasta nuestro mundo?

¡Tenemos que aprender tantas cosas!

De muchas de las cosas que nos quedan por aprender, no sabemos ni hacer una simple pregunta.  El motivo: No sabemos ni que tales cosas puedan existir

Tenemos la materia prima: los sentidos y la conciencia, sólo nos falta experiencia en los primeros y evolución en la segunda, y, con el tiempo suficiente llegaremos al punto deseado de “VER” cosas que ahora, aunque están aquí, no podemos ni sabemos “VER”. El tiempo, para una sola generación es corto, insuficiente en el conjunto de la empresa. Sin embargo, tal y como está constituida nuestra Civilización, en la que unos dejan el fruto de sus logros a los siguientes ( si no metemos la patita ) podríamos tener tiempo suficiente.

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                              Ardiphithecus ramidus

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                                                Australopitecus afarencis

Imaginad que nos encontramos por el campo con un ejemplar de Ardiphithecus ramidus o un Australopithecus Aferensis, y le preguntamos por el área de una circunferencia cuyo radio mide 85 metros.

Pues algo parecido ocurre si paramos al primer ejemplar humano que encontremos por la calle y le preguntamos por las matemáticas topológicas de la teoría M, nos miraría asombrado y pensaría que estamos locos.

Muchas veces, basados en principios físicos, pensamos y formulamos teorías en nuestras mentes, y,  dichas teorías o pensamientos están incompletos, les falta un eslabón importante para completarlas.

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En otra parte, otra mente pensante, tiene el eslabón que nos falta para completar con éxito la teoría.  Algunas buenas ideas se pierden por esa falta de comunicación, y dos personas que han tenido las dos mitades de un todo, no han podido unirlos para ofrecer tal logro al mundo.

Todos conocemos la Historia de Einstein y su teoría de la Gravedad (conocida por relatividad general).  Tenía y formuló el principio, pero al no conocer a Reimann, le faltaba el lenguaje matemático necesario para expresarlo, así, frustrado, pasó tres largos años, de 1.912 a 1.915, en una búsqueda desesperada de un formalismo matemático suficientemente potente para expresar su principio, y, hasta que su amigo Grossman (al que pidió ayuda), no le envió una copia de la conferencia que, había dado Riemann, no pudo, con enorme asombro, descubrir que, en aquellos papeles estaba escrito algo llamado tensor métrico que, habiendo sido ignorado por los físicos durante 60 años, resolvía todos sus problemas que, por cierto, había sido resuelto hacía muchos años por Riemann, Rici, y Levi-Civita….  El logro de Riemann era el más grande.

En tensor métrico de Riemann le dio a Einstein el arma que necesitaba para plasmar en realidad su teoría de la Relatividad general. Allí nació la nueva cosmología que hoy conocemos.

Esto es un ejemplo de lo necesario que es para el avance de nuestros conocimientos, el estar bien comunicados y que se de difusión a cualquier avance que será necesario para complementar otros descubrimientos.

Teoría de Planck de la radiación.

Planck supuso que, al menos para la radiación de cavidad, la energía promedio de las ondas estacionarias es dependiente de las frecuencias. Además, Planck supuso que la energía correspondiente a cada modo no es una variable continua, sino que discreta. El físico alemán Max Planck, descubrió la ley que gobierna la radiación de los cuerpos en equilibrio termodinámico. Según Planck, la intensidad de radiación para cada longitud de onda depende únicamente de la temperatura del cuerpo en cuestión.

Sin la teoría del cuanto de acción de Planck, la radiación de cuerpo negro, Einnstein no podría haber realizado su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico que más tarde posibilito la construcción de laceres y máseres.   Tampoco Heisemberg, Dirac, Schrödinger y otros muchos, podrían haber desarrollado la teoría cuántica sin aquella idea primera de Planck.

Tenemos la obligación de exponer nuestras ideas que, pareciendo muchas veces incompletas, pueden ser el punto de partida para el desarrollo de grandes teorías y descubrimientos.  Muchas veces se me ocurren ideas que, por pudor, no me atrevo a escribir.  Cuando las medito, a mí mismo me parecen descabelladas y, sin embargo, no me extrañaría que esté equivocado en tal clasificación.  Hasta podrían ser ciertas.

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Incluso Fedor Dostoievski, en Los Hermanos Karamazov, hizo que su protagonista Ivan karamazov especulara sobre la existencia de dimensiones más altas y geometrías no euclidianas durante una discusión sobre la existencia de Dios. Arriba una escena de la película.

Desde siempre, la imaginación humana, ha especulado con otras dimensiones y universos paralelos (Alicia en el País de las maravillas).  ¿Será acaso una especie de mensajes que nos llegan como recuerdos de la materia?

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Andrómeda es hija de Cefeo rey de Etiopía y de Casiopea, quien pretendía ser más hermosa que todas las Nereidas. Éstas ofendidas, le pidieron a Poseidón que castigara el atrevimiento de Casiopea. Poseidón entonces envía un monstruo a las tierras de Cefeo.

Imaginación:

“Se trataba de Andrómeda, hija de Cefeo, rey etíope de Yope, y de Casiopea.  Esta se había jactado de que la belleza de su hija superaba a la de todas las Nereidas juntas.  Ofendidas por este insulto, las ninfas marinas se quejaron a Poseidón, su protector, quien, como castigo, envió un diluvio y al monstruo marino que asolaría el reino de Yope.

Desesperado, el rey consultó oráculo de Amón, que declaró que el monstruo no desaparecería hasta que la princesa Andrómeda no fuese sacrificada.  Con el corazón partido el rey siguió las indicaciones del oráculo y abandonó a su hija encadenada a una roca voladiza.

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Las aguas comenzaron a subir y a bullir, mientras el monstruo, que estaba cubierto de espumas, emergía lentamente.

Todos, desde la distancia, estaban mirando la escena, pendientes del monstruo.  Nadie se fijo de que manera apareció aquel joven de pies alados que, lanzándose al cuello de la bestia blandiendo una cimitarra (como ya hiciera con Medusa), de un solo golpe decapitó al monstruo.

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Cuando Perseo liberó a Andrómeda de sus cadenas, sus miradas se encontraron y nació el amor entre sus almas.”

Historias así jalonan la antigüedad, y, nos muestra, la rica imaginación que poseemos los humanos, capaces de inventar mundos y situaciones que pueden ser recreados en nuestros pensamientos, los unos terribles y los otros de una inmensa belleza.

Es precisamente, esa imaginación sin límite, la que hace posible que recreemos esos nuevos mundos que, aunque no son reales en el nuestro, no quiere decir que no existan en algún otro lugar del Universo que ¡es tán grande! Es casi tan grande como nuestro poder para imaginar.

Fantastic Landscape
Fantastic Landscape
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Imaginación:

Humel, con paso cansino, agotado, vió, por fin, a lo lejos, las luces mortecinas del poblado.  Su cansancio no era suficiente para ensombrecer la alegría que embargaba su corazón.

Había partido de Abera, su región, hacía ya treinta noches, el camino hasta Adrais, la que ahora tenía delante, era largo y muy peligroso.  Sin embargo, el premio valía la pena.

A todos los confines del reino había llegado la proclama del rey Yuno, el que pasara las pruebas, se casaría con su hija, la bella Hilema……. Él, Humel el Guerrero, estaba allí para intentarlo.

De esta manera podría continuar durante mil folios y contar una bella historia de personajes que irían viviendo situaciones conforme quisiera mi imaginación. Historia que podría situar en cualquier época y en cualquier parte del mundo, y nos contaría cualquier historia que en ese momento nos apeteciera. Tenemos a nuestra disposición un enorme tesoro que, muchas veces, no sabemos aprovechar.

Bueno, lo que trato de decir con tanta palabrería, es que estamos en posesión de una herramienta de enorme poder, el cerebro.  ¿Qué se nos puede resistir? Creo, que con tiempo por delante, Nada.

Ahora hemos encontrado la parttícula de Higgs  que nos ha dado nueva información para poder abrir muchas puertas cerradas, será una llave maestra.  Seguramente, también con el LHC, aparecerán los esquivos quarks y también los Gluones, daremos un paso enorme en el conocimiento de la materia y del Universo.

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Sabiendo de qué está conformada la materia, necesitábamos ahondar un poco más para despejar del Modelo Estándar de Partículas, cómo toman éstas la masa, y, para ello, tuvimos que descubrir el Bosón de Higgs.

Después continuaremos, teniendo nuevas ideas y conocimientos, con la dichosa teoría M que, aún nos queda muy lejos.  Para verificarla necesitaríamos disponer de la energía de Planck.

Pensemos en la masa de una partícula cuya longitud de onda compton es igual a la longitud de Planck.  Esta dada por ( página 103 del original )Fórmula, donde ђ es la constante de Planck racionalizada, c es la velocidad de la luz y G es la constante gravitacional.  La descripción de una partícula elemental de esta masa, o partículas que interaccionan con energías por partícula equivalente a ella (a través de E=mc2 ), requiere una teoría cuántica de la gravedad.  Como la masa de Planck es del orden de 10-8 Kg (equivalente a una energía de 1019 GeV) y, por ejemplo, la masa del protón es del orden de 10-27 kg y las mayores energías alcanzables en los aceleradores de partículas actuales (antes del LHC) son del orden de 103 GeV, los efectos de gravitación cuántica no aparecen en los laboratorios de física de partículas.  Sin embargo, en el universo primitivo las partículas tenían energías del orden de la masa de Planck, de acuerdo con la teoría del Big Bang, y es, por tanto, necesaria una teoría cuántica de la Gravedad que es, precisamente, lo que nos promete, la teoría M:

Mecánica Cuántica y Relatividad General, juntas.

Ese nuevo Universo de dimensiones más altas donde todo tiene cabida cualquier interacción incorporando supersimetría y en la que los objetos básicos son objetos unidimensionales (supercuerdas).

Se piensa que las supercuerdas tienen una escala de longitud de unos 10-35m y, como distancias muy cortas están asociadas a energías muy altas que, como dije antes, son del orden de 1019 GeV, muy por encima de la energía que se podría conseguir hoy.

Las cuerdas asociadas con los bosones sólo son consistentes como teorías cuánticas en un espacio-tiempo de 26 dimensiones; aquellas asociadas con fermiones sólo lo son en un espacio-tiempo de 10 dimensiones.  Se piensa que las cuatro dimensiones microscópicas surgen por un mecanismo de Kaluza-klein, estando las restantes dimensiones “enrolladas” para ser muy pequeñas en la longitud de Planck.

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Una de las características más atractivas de la teoría de supercuerdas es que dan lugar a partículas de espín 2, que son identificadas con los gravitones.  Por tanto, una teoría de supercuerdas automáticamente contiene una teoría cuántica de la interacción gravitacional.  Se piensa que las supercuerdas están libres de infinitos que no pueden ser eliminados por renormalización, que plagan todos los intentos de construir una teoría cuántica de campos que incorpore la gravedad.  Hay algunas evidencias de que la teoría de supercuerdas esta libre de esos infinitos indeseables,  pero no hay prueba definitiva.

Aunque carecemos de pruebas evidentes de supercuerdas, algunas característica de las supercuerdas son compatibles con los hechos experimentales observados en las partículas elementales, como la posibilidad de las partículas nos respeten paridad, lo que en efecto ocurre en las interacciones débiles.

Aunque nuestras posibilidades energéticas y técnicas, hoy en día, son nulos para obtener las 1019 GeV que serían necesarios para verificar las supercuerdas, no tenemos que descartar que, se pueda avanzar por indicios y datos experimentales indirectos que vayan cubriendo pequeñas parcelas de ese total que será la teoría M.

Mientras tanto, E. Witten, continúa pensando, y su privilegiado cerebro matemático desarrolla cientos de ecuaciones mientras parece que mira, fijamente al paisaje.

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Parece que esa rama de la geometría que se ocupa de las propiedades de los objetos geométricos que permanecen inalterados bajo deformaciones continuas, como el doblado, estirado, etc.  Son técnicas matemáticas que emplean la topología y son de gran importancia en las teorías modernas de las interacciones fundamentales.

Haber qué matemáticas podemos tener en las próximos 30 años, cuando tengamos la fusión para producir energía barata, y, entonces, seguramente, Witten, o cualquier otro nuevo genio, nos daría una agradable sorpresa.

emilio silvera

¡Fluctuaciones de vacío! ¿Que son?

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

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Un fuerte campo gravitatorio puede inducir un efecto desbocado en las fluctuaciones cuánticas que se producen en el espacio, aparentemente vacío, …

En física cuántica, la fluctuación cuántica es un cambio temporal en la cantidad de energía en un punto en el espacio como resultado del Principio de Incertidumbre que imaginó Werner Heisenberg. De acuerdo a una formulación de este principio energía y tiempo se relacionan de la siguiente forma:

\Delta E\Delta t\approx {h \over 2\pi }

Esto significa que la conservación de la energía puede parecer violada, pero sólo por breves lapsos. Esto permite la creación de pares partícula-antipartícula de partículas virtuales. El efecto de esas partículas es medible, por ejemplo, en la carga efectiva del electrón, diferente de su carga “desnuda”. En una formulación actual, la energía siempre se conserva, pero los estados propios del Hamiltoniano no son los mismos que los del operador del número de partículas, esto es, si está bien definida la energía del sistema no está bien definido el número de partículas del mismo, y viceversa, ya que estos dos operadores no conmutan.

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Científicos lograron filmar por primera vez un electrón en movimiento gracias a una tecnología reciente que genera pulsos cortos e intensos de luz láser. A un electrón le toma 140 atosegundos

En un estudio realizado por un equipo de físicos con avanzados aparatos, han hallado un resultado del que nos dicen:

“La materia se construye sobre fundamentos frágiles. Los físicos acaban de confirmar que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vació cuántico. Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interios de los protones y neutrones, que como sabéis son las partículas que aportan casi la totalidad de la masa a la materia común.

Cada protón (o neutrón) se compone de tres quarks – véase ilustración – pero las masas individuales de estos quarks apenas comprenden el 1% del total de la masa del protón ¿Entonces de dónde sale el resto? La teoría sostiene que esta masa es creada por la fuerza que mantiene pegados a los quarks, y que se conoce como fuerza nuclear fuerte.  En términos cuánticos, la fuerza fuerte es contenida por un campo de partículas virtuales llamadas gluones, las cuales irrumpen aleatoriamente en la existencia para desaparecer de nuevo. La energía de estas fluctuaciones del vacío debe sumarse a la masa total del neutrón y del protón.”

 

 

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Sus distintas formas no dejan de ser materia, y, las dudas que podamos tener sobre la luz que son fotones energéticos… ¿No dicen Einstein que la energía es materia y la materia energia (E=Mc2)?

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún y años-luz de y conocer sobre su verdadera naturaleza. Es algo que vemos en sus distintas formas materiales que configuran y conforman todo lo material desde las partículas elementales hasta las montañas y los océanos. Unas veces está en estado “inerte” y otras, se eleva hasta la vida que incluso,  en ocasiones, alcanza la consciencia de SER. Sin embargo, no acabamos de dilucidar de dónde viene su verdadero origen, su esencia,  lo que era antes de “ser” materia. ¿Existe acaso una especie de sustancia cósmica anterior a la materia? Y, si realmente existe esa sustancia… ¿Dónde está?

Resultado de imagen de las llamadas fluctuaciones del vacío son oscilaciones aleatorias, e impredecibles

Claro que hemos llegado a saber que las llamadas fluctuaciones del vacío son oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo de fuerza (electromagnético o gravitatorio) que son debidas a un “tira y afloja” en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada, momentáneamente, energía de regiones adyacentes y luego las devuelven. Pero…

- ¿Qué regiones adyacentes?

Acaso universos paralelos, acaso defomraciones del espacio-tiempo a escalas microscópicas, micros agujeros negros que pasan a ser agujeros blancos salidos de estas regiones o campos de fuerza que no podemos ver pero sí sentir, y, en última instancia, ¿por qué se forman esas partículas virtuales que de inmediato se aniquilan y desaparecen antes de que puedan ser capturadas? ¿Qué sentido tiene todo eso?

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                No, no era este el vacío al que me quería referir

Las consecuencias de la existencia del cuanto mínimo de acción fueron revolucionarios para la comprensión del vacío. Mientras la continuidad de la acción clásica suponía un vacío plano, estable y “realmente” vacío, la discontinuidad que supone el cuanto nos dibuja un vacío inestable, en continuo cambio y muy lejos de poder ser considerado plano en las distancias atómicas y menores. El vacío cuántico es de todo menos vacío, en él la energía nunca puede quedar estabilizada en valor cero, está fluctuando sobre ese valor, continuamente se están creando y aniquilando todo tipo de partículas, llamadas por eso virtuales, en las que el producto de su energía por el tiempo de su existencia efímera es menor que el cuanto de acción. Se llaman fluctuaciones cuánticas del vacío y son las responsables de que exista un que lo inunda todo llamado campo de punto cero.

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En nuestro Universo cualquier cosa puede surgir de una fluctuación de “Vacío”

Pero volvamos de nuevo a las fluctuaciones de vacío, que al igual que las ondas “reales” de energía positiva, están sujetas a las leyes de la dualidad onda/partícula; es decir, tienen tanto aspectos de onda como aspectos de partícula.

Las ondas fluctúan de forma aleatoria e impredecible, con energía positiva momentáneamente aquí, energía negativa momentáneamente allí, y energía cero en promedio. El aspecto de partícula está incorporado en el concepto de partículas virtuales, es decir, partículas que pueden nacer en pares (dos partículas a un tiempo), viviendo temporalmente de la energía fluctuacional tomada prestada de regiones “vecinas” del , y que luego se aniquilan y desaparecen, devolviendo la energía a esas regiones “vecinas”. Si hablamos de fluctuaciones electromagnéticas del vacío, las partículas virtuales son fotones virtuales; en el caso de fluctuaciones de la gravedad en el vacío, son gravitones virtuales.

De las llamadas fluctuaciones de vacío pueden surgir, partículas virtuales y quién sabe que cosas más… Hasta un nuevo Universo.

                       Son muchas  las preguntas que no tienen respuestas

Parece que las fluctiuaciones ocurren en cualquier lugar, pero que, son tan minúsculas que ningún observador o experimentador las ha detectado de una manera franca hasta la fecha y, se sabe que están ahí por experimentos que lo han confirmado. Estas fluctuaciones son más poderosas cuanto menos escala se considera en el espacio y, por debajo de la longitud de Planck-Wheeler las fluctuaciones de vacío son tan enormes que el espacio tal como lo conocemos “pareciera estar hirviendo” para convertirse en una especie de espuma cuántica que parece que en realidad, cubre todo el espacio “vacío cuántico” que sabemos que está ahí y es el campo del que surgen esas partículas virtuales que antes menccionaba.

     ¿Espuma cuántica? Si profundizamos mucho en la materia… Podríamos ver otro universo distinto al nuestro. Las cosas miles de millones de veces más pequeñas que en nuestro mundo cotidiano, no parecen las mismas cosas.

Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler, limite_planck es la escala de longitud por debajo de la cual el tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica.  El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61×10-66cm2) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro. ¡Qué locura!

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Como tantas veces hemos comentado, los trabajos que se han realizado sobre poder construir una teoría cuántica de la gravedad nos llevan a un sorprendente de implicaciones. Por un lado, sólo se ha podido conceptuar a la gravedad cuántica, siempre y cuando, el universo tenga más de cuatro dimensiones. Además, se llega a considerar que en la era de Planck, tanto el universo como la gravedad pudieron ser una sola cosa compacta estructurada por objetos cuánticos infinitamente diminutos, como los que suponemos que conforman las supercuerdas. A esta escala, el mismísimo espaciotiempo estaría sometido a imprescindibles fluctuaciones muy semejantes a las que causan las partículas al nacer y desaparecer de la existencia en el espaciotiempo ordinario. Esta noción ha conducido a los teóricos a describir el universo de la era cuántica como una especie de extremadamente densa y agitada espuma que pudo haber contenido las vibrantes cuerdecillas que propugnan los cosmólogos cuerdistas.

Los físicos especulan que el cosmos ha crecido a desde una «nada» primigenia que al nacer comenzó el principio del tiempo y que, en ese parto, contenía toda la materia y toda la energía.

En física como en todas las demás disciplinas científicas, los conocimientos avanzan y las teorías que sostuvieron los cimientos de nuestros conocimientos se van haciendo viejas y van teniendo que ser reforzadas con las nuevas y más poderosas “vigas” de las nuevas ideas y los nuevos hallazgos científicos que hacen posible ir perfeccionando lo que ya teníamos.

Recientemente se han alzado algunas voces contra el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. He podido leer en un artíoculo de la prestigiosa Revista Nature, un artículo del premio Nobel de Física Gerald ´t Hoofft, en el que propone que la naturaleza probabilistica de la mecánica cuántica, desaparecería a la escala de Planck, en la que el comportamiento de la materia sería determinista; a longitudes mayores, energías más pequeñas.

El mundo de lo muy pequeño (el micro espacio), a nivel atómico y subatómico, es el dominio de la física cuántica, así nunca podríamos saber, de acuerdo m con el principio de incertidumbre, y, en un momento determinado, la posición y el estado de una partícula. Este estado podría ser una función de la escala espacio-temporal. A esta escala tamaños todo sucede demasiado deprisa para nosotros.

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El “universo cuántico” nada es lo que parece a primera vista, allí entramos en otro mundo que en nada, se parece al nuestro

 Cuando hablamos de la mecánica cuántica, tenemos mirar un poco hacia atrás en el tiempo y podremos darnos del gran impacto que tuvo en el devenir del mundo desde que, en nuestras vidas, apareció el átomo y, más tarde, sus contenidos. Los nombres de Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Pauli, Bardeen, Roentgen, Dirac y muchos otros, se pudieron a la cabeza de la lista de las personas más famosas. Aquel primer premio Nobel de Física otorgado en 1900 a Roentgen por descubrir los rayos X, en el mismo año llegaría el ¡cuanto! De Planck que inspiró a Einstein para su trabajo sobre el Efecto fotoeléctrico que también, le valdría el Nobel, y, a partir de ese momento, se desencadenó una especie de alucinante por saber sobre el átomo, sus contenidos, y, de qué estaba hecha la materia.

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          La conocida como Paradoja EPR y los conceptos de Tiempo y , presente, pasado y futuro.

 

La Mecánica Cuántica es incompleta (conclusión EPR).  Dos posibles conclusiones enfrentadas:
La Mecánica Cuántica es completa, pero el realismo local no se cumple. Entonces… ¿Cómo se comporta la Naturaleza en realidad? Bueno, no siempre lo sabemos y, no hace mucho me encontré con el comentario de un científico que decía:
“Nadie ha resuelto la paradoja del gato de Schroedinger, ni la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen. El principio de incertidumbre no se ha explicado y se asume como un dogma, lo mismo pasa con el spin. El spin no es un giro pero es un giro.  Aquí hay un desafío al pensamiento humano. ¡Aquí hay una aventura del pensamiento!”

Fueron muchas las polémicas desatadas a cuenta de las aparentes incongruencias de la moderna Mecánica Cuántica. La paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen, denominada “Paradoja EPR”, trata de un experimento mental propuesto por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen en 1935. Es relevante, pues pone de manifiesto un problema aparente de la mecánica cuántica, y en las décadas siguientes se dedicaron múltiples esfuerzos a desarrollarla y resolverla.

A Einstein (y a muchos otros científicos), la idea del entrelazamiento cuántico le resultaba extremadamente perturbadora. Esta particular característica de la mecánica cuántica permite preparar estados de dos o más partículas en los cuales es imposible obtener útil sobre el estado total del sistema haciendo sólo mediciones sobre una de las partículas.

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Por otro lado, en un entrelazado, manipulando una de las partículas, se puede modificar el estado total. Es decir, operando sobre una de las partículas se puede modificar el estado de la otra a distancia de manera instantánea. Esto habla de una correlación entre las dos partículas que no tiene paralaje en el mundo de nuestras experiencias cotidianas. Cabe enfatizar pues que cuando se mide el estado de una partícula, enseguida sabemos el estado de la otra, lo cual aparentemente es instantáneo, es decir, sin importar las distancias a las que se encuentren las partículas, una de la otra, ambas saben instantáneamente el estado de la otra.

El experimento planteado por EPR consiste en dos partículas que interactuaron en el pasado y que quedan en un estado entrelazado. Dos observadores reciben cada una de las partículas. Si un observador mide el momento de una de ellas, sabe cuál es el momento de la otra. Si mide la posición, gracias al entrelazamiento cuántico y al principio de incertidumbre, puede la posición de la otra partícula de forma instantánea, lo que contradice el sentido común.

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Animación que muestra dos átomos de oxígeno fusionándose para formar una molécula de O2 en su estado cuántico fundamental. Las nubes de color representan los orbitales atómicos. Los orbitales 2s y 2p de cada átomo se combinan para formar los orbitales σ y π de la molécula, que la mantienen unida. Los orbitales 1s, más interiores, no se combinan y permiten distinguir a cada núcleo. Lo que ocurre a escalas tan pequeñas es fascienante.

Si nos pudiéramos convertir en electrones, por ejemplo, sabríamos dónde y cómo estamos en cada momento y podríamos ver asombrados, todo lo que estaba ocurriendo a nuestro alrededor que, entonces sí, veríamos transcurrir a un ritmo más lento del que podemos detectar en los electrones desde nuestro macroestado espacio temporal. El electrón, bajo nuestro punto de vista se mueve alrededor del núcleo atómico a una velocidad de 7 millones de km/h.

A medida que se asciende en la escala de tamaños, hasta el tiempo se va ajustando a esta escala, los objetos, a medida que se hacen mayores se mueven más despacio y, además, tienen más duración que los pequeños objetos infinitesimales del micro mundo cuántico. La vida media de un neutron es de unos 15 minutos, por ejemplo, mientras que la vida media de una estrellas se puede contar en miles de millones de años.

En nuestra macroescala, los acontecimientos y ,los objetos se mueven a velocidades que a nosotros nos parecen normales. Si se mueven con demasiada lentitud nos parece que no se mueven. Así hablamos de escala de tiempo geológico, para referirnos al tiempo y velocidad de la mayor parte de los acontecimientos geológicos que afectan a la Tierra, el tiempo transcurre aquí en millones de años y nosotros ni lo apreciamos; nos parece que todo está inmóvil. Nosotros, los humanos, funcionamos en la escala de años (tiempo biológico).

El Tiempo Cosmológico es aún mucho más dilatado y los objetos cósmicos (mundos, estrellas y galaxias), tienen una mayor duración aunque su movimiento puede ser muy rápido debido a la inmensidad del espacio universal en el que se mueven. La Tierra, por ejemplo, orbita alrededor del Sol a una velocidad media de 30 Km/s., y, el Sol, se desplaza por la Galaxia a una velocidad de 270 km/s. Y, además, se puede incrementar el tiempo y el espacio en su andadura al estar inmersos y ligados en una misma maya elñástica.

Así,  el espacio dentro de un átomo, es muy pequeño; dentro de una célula, es algo mayor; dentro de un animal, mayor aún y así sucesivamente… hasta llegar a los enormes espaciosa que separan las estrellas y las galaxias en el Universo.

Distancias astronómicas separan a las estrellas entre sí, a las galaxias dentro del cúmulo, y a los cúmulos en los supercúmulos.

Las distancias que separan a los objetos del Cosmos se tienen que medir con unidades espaciales, tal es su inmensa magnitud que, nuestras mentes, aunque podamos hablar de ellas de manera cotidiana, en realidad, no han llegado a asimilarlas.Y, a todo ésto, los físicos han intentado con denuedo elaborar una teoría completa de la gravedad que incluya la mecánica cuántica. Los cálculos de la mayoría de las teorías propuesta de la «gravedad cuántica» arrojan numerosos infinitos. Los físicos no están seguros si el problema es técnico o conceptual. No obstante, incluso prescindiendo de una teoría completa de gravedad cuántica, se puede deducir que los efectos de la teoría cuántica, habrían cruciales durante los primeros 10-43 segundos del inicio del universo, cuando éste tenía una densidad de 1093 gramos por centímetro cúbico y mayor. (El plomo sólido tiene una densidad de aproximadamente diez gramos por centímetro cúbico.) Este período, que es el que corresponde a la era de Planck, y a su estudio se le llama cosmología cuántica. Como el universo en su totalidad habría estado sujeto a grandes incertidumbres y fluctuaciones durante la era de Planck o era cuántica, con la materia y la energía apareciendo y desapareciendo de un vacío en grandes cantidades, el concepto de un principio del universo podría no tener un significado bien definido. En todo caso, la densidad del universo durante este período es de tal magnitud que escapa a nuestra comprensión. Para propósitos prácticos, la era cuántica podría considerarse el estado inicial, o principio, del universo. En consecuencia, los procesos cuánticos ocurridos durante este período, cualquiera sea su naturaleza, determinaron las iniciales del universo.

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Una cosa nos ha podido quedar clara: Los científicos para lograr conocer la estructura del universo a su escala más grande, deben retroceder en el tiempo, centrando sus teorías en el momento en que todo comenzó. Para ello, como  todos sabeis, se han formulado distintas teorías unificadoras de las cuatro fuerzas de la naturaleza, con las cuales se han modelado acontecimiento y en el universo primitivo casi a todo lo largo del camino hasta el principio. Pero cómo se supone que debió haber habido un «antes», aparece una barrera que impide ir más allá de una frontera que se halla fijada a los 10-43 [s] después del Big Bang, un instante conocido como «momento de Planck», en homenaje al físico alemán Max Planck.

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Esta barrera existe debido a que antes del momento de Planck, durante el período llamado la «era de Planck o cuántica», se supone que las cuatro fuerza fundamentales conocidas de la naturaleza eran indistinguibles o se hallaban unificadas , que era una sola fuerza. Aunque los físicos han diseñado teorías cuánticas que unen tres de las fuerzas, una por una, a través de eras que se remontan al momento de Planck, hasta ahora les ha prácticamente imposible armonizar las leyes de la teoría cuántica con la gravedad de la relatividad de Einstein, en un sólo modelo teórico ampliamente convincente y con posibilidades claras de ser contrastado en experimentos de laboratorio y, mucho menos, con observaciones.

Y después de todo ésto, sólo una caso me queda clara: ¡Lo poco que sabemos! A pesar de la mucha imaginación que ponemos en las cosas que creemos conocer.

emilio silvera

La Mecánica cuántica nos guarda muchas sorpresas

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Ciencia

Ignacio Cirac: «Estamos a las puertas de la segunda revolución cuántica»

 

El físico catalán cree que el esperado ordenador cuántico llegará en las próximas décadas, con «aplicaciones tan revolucionarias que hoy no somos capaces de imaginar»

Ignacio Cirac, con el Gran Telescopio Canarias al fondo

Ignacio Cirac, con el Gran Telescopio Canarias al fondo – Daniel López/IAC

HÉCTOR SOCAS NAVARRO

 

 

Héctor Socas Navarro es investigador en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y director del programa «Coffe Break: Señal y Ruido»

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«Estamos a las puertas de una segunda revolución cuántica». Esta aseveración la hace nada menos que Juan Ignacio Cirac, considerado internacionalmente como uno de los padres de la computación cuántica, una tecnología que podría cambiar nuestra forma de vida en un futuro cercano. Para muchos, se trata del español con más posibilidades de lograr el Premio Nobel de Física. Entre otros muchos reconocimientos internacionales, recibió el Premio Príncipe de Asturias en 2006. Haciendo el paralelismo con otros galardonados en categorías más populares, estaríamos hablando del equivalente en deportes a un Rafa Nadal, los hermanos Gasol o la selección de fútbol; en artes a Bob Dylan, Pedro Almodóvar o Paco de Lucía.

Lo bueno de pertenecer a la categoría de investigación científica es que se puede pasear tranquilamente por las calles de La Laguna sin que se te arremoline alrededor un ejambre de fans enfervorizados a la caza de un autógrafo o un selfie. Es más, podría llevar colgando un cartel con su nombre y nadie sabría de quién se trata. Así da gusto. Podemos sentarnos a tomar un café y charlar sobre Física Cuántica en cualquiera de las muchas terrazas en la zona peatonal de la ciudad sin que nadie nos moleste.

El profesor Cirac ha estado estos días de visita en nuestro país pero su residencia habitual está en Alemania, donde desarrolla su labor científica. Es director de la División Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica. Durante la semana pasada estuvo visitando el Instituto de Astrofísica de Canarias, donde impartió una conferencia sobre tecnología cuántica y tuvo ocasión de interactuar con los investigadores de este centro, así como conocer los observatorios astrofísicos de Canarias. Allí se llevan a cabo proyectos en los que colabora su instituto, como el peine de frecuencias láser o el experimento de teletransportación cuántica entre las islas de Tenerife y La Palma.

Experimento de teletransportación cuántica en Canarias

 

Experimento de teletransportación cuántica en Canarias- IQOQI Vienna, Austrian Academy of Sciences

 

 

Segunda revolución cuántica

 

 

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En su conferencia en el IAC, Cirac habló sobre la segunda revolución cuántica que se avecina en las próximas décadas. La primera tuvo lugar con la aparición de los semiconductores y el láser para producir tecnologías electrónicas y de telecomunicaciones como los microprocesadores o la fibra óptica. No se podría concebir la sociedad actual sin ordenadores, móviles o internet de banda ancha.

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«Hoy en día estamos en condiciones de empezar a explotar efectos cuánticos aún más sorprendentes»

 

«Hoy en día estamos en condiciones de empezar a explotar efectos cuánticos aún más sorprendentes, como la superposición de estados o el entrelazamiento cuántico. La computación cuántica es la aplicación más obvia de estos efectos. Pero, si nos basamos en la historia, es de esperar que las aplicaciones más revolucionarias sean algunas que ahora mismo no podemos ni imaginar», explica.

Ordenadores cuánticos

 

 

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Los ordenadores cuánticos aprovechan la superposición de estados y el entrelazamiento cuántico. Su memoria está compuesta de bits cuánticos, o qubits, que tienen la fascinante propiedad de estar en una superposición del estado 0 y 1 simultáneamente, como el famoso gato de Schrödinger, que está a la vez vivo y muerto hasta que alguien lo observa (recordemos que esto es una metáfora ilustrativa, ya que los gatos no son sistemas cuánticos).

Con 2 qubits tendremos 4 estados coexistiendo, con 3 qubits serán 8 los estados… y así sucesivamente. Es decir, el número de estados aumenta exponencialmente con el número de qubits. Las puertas lógicas del ordenador cuántico pueden operar sobre todos estos estados, dando lugar a un gran número de combinaciones posibles y operaciones simultáneas.

Ordenador cuántico experimental

 

Ordenador cuántico experimental- Emily Edwards

 

 

Después de operar se hacen interferir los diferentes estados de manera que en cada qubit se amplifica la probabilidad de obtener el resultado de la operación que nos interesa. ¿Qué se consigue con todo esto? Pues, para empezar, una potencia de cálculo que escala exponencialmente con el número de qubits.

¿El fin de la privacidad en internet?

 

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Por eso, los ordenadores cuánticos serán capaces de resolver problemas muchísimo más rápido que los superordenadores actuales. Un problema que es muy importante a día de hoy, y al que se ha prestado mucha atención en este contexto, es el de la criptografía. Muchos afirman que el ordenador cuántico acabará con la privacidad en internet.

Nuestra actividad cotidiana en internet (mensajes privados, transacciones bancarias, compras y ventas online) está protegida por un sistema de cifrado extremadamente ingenioso y práctico. Este sistema se basa en que cada individuo u organización tiene dos claves, una privada y otra pública. Estas claves son dos números primos muy grandes que se emplean para encriptar, desencriptar y firmar la información enviada por la red.

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El usuario medio no tiene por qué ser consciente del proceso pero cuando veamos en nuestro navegador que la dirección del sitio web al que accedemos comienza por https (en lugar del habitual http), se ha establecido una conexión cifrada entre nuestra máquina y el servidor al que accedemos. Nuestro navegador y el servidor de destino son capaces de encriptar y desencriptar la información mediante una simple multiplicación por las claves públicas y privadas. Este proceso es rápido y sencillo.

         Factorización cuántica

Por el contrario, si alguien quisiera obtener nuestras claves tendría que resolver un problema matemático llamado factorización que es enormemente largo cuando las claves tienen muchos dígitos. Nuestras transacciones cotidianas se cifran con claves de miles de dígitos de longitud. Los superordenadores más potentes que existen tardarían miles de años en obtener una de estas claves. Y aumentando un poco la longitud de las mismas, sería sencillo aumentar este tiempo a millones de años. Sin embargo, los ordenadores cuánticos serán capaces de hacerlo en cuestión de minutos.

«No hay que alarmarse. Ya se han desarrollado otros métodos de cifrado que no sabemos hackear, ni siquiera con ordenadores cuánticos. Eso sí, estos métodos son más costosos o complejos que los actuales. Cuando existan ordenadores cuánticos habrá algunos problemas prácticos que resolver para cambiar toda la infraestructura actual de internet a estos nuevos métodos».

Criptografía cuántica

 

 

Resultado de imagen de Criptografía cuánticaResultado de imagen de Criptografía cuántica

 

 

¿Pero, qué pasará en el futuro? ¿Se desarrollarán nuevas formas de descifrar estos métodos también? Toda nueva tecnología plantea problemas pero también soluciones. «En última instancia la criptografía cuántica es la respuesta definitiva. Las leyes de la Física nos garantizan que las comunicaciones cifradas con este método serán siempre inviolables, independientemente de cuánto avance la tecnología o el conocimiento, porque están basadas en los propios principios de la Física. A día de hoy existen límites prácticos dados por la tecnología actual. Típicamente se puede enviar información en sistemas cuánticos (por ejemplo fotones en cables de fibra óptica) hasta unos 10 o 20 km de distancia. Quizás en el futuro el mundo esté conectado por una red global, una especie de internet cuántica, que aproveche estos avances», dice Cirac.

¿Se puede entender la Física Cuántica?

 

 

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La Física Cuántica es una disciplina fascinante pero a la vez plantea muchas dificultades conceptuales sobre el significado de la realidad, el hecho de que algo pueda estar aquí y allí a la vez o en varios estados simultáneamente. Entonces, ¿se puede llegar a entender la Física Cuántica?

«Esta es una pregunta que se ha debatido mucho a nivel filosófico. En realidad, depende de la definición de ‘entender’. En general, decimos que entendemos algo cuando encontramos una analogía con conceptos cotidianos. Por ejemplo, si digo que un átomo es una bolita en el núcleo con otra bolita que da vueltas alrededor, me quedo tranquilo y pienso que ya lo entiendo, aunque este modelo sea incorrecto. Desde ese punto de vista, es difícil encontrar analogías adecuadas para la Física Cuántica porque sus leyes chocan frontalmente con nuestra intuición cotidiana».

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Y prosigue: «Sin embargo, sí que la entendemos en el sentido de que sus leyes están perfectamente claras y uno es capaz de predecir con total precisión cuál va a ser el resultado de un determinado experimento. Se han propuesto varias interpretaciones de la cuántica. Todas ellas producen el mismo efecto observable y por tanto son indistinguibles desde el punto de vista científico. Los argumentos para preferir una u otra son totalmente subjetivos o filosóficos. Yo no tengo una opinión muy fuerte en este sentido. Me parece que, en ausencia de criterios objetivos, no tiene sentido defender una interpretación frente a otra. Quizás como cuestión de gusto personal tengo una ligera preferencia por la interpretación de variables ocultas no locales».

Entonces, ¿a los expertos no les resulta incómoda la naturaleza que nos revela la Física Cuántica? «Posiblemente el tema más incómodo es el cuestionamiento del realismo, de la existencia de una realidad subyacente independiente del observador y de la medida. Pero quizás no debemos ver la Cuántica como una teoría que describe la naturaleza, sino que se preocupa por cómo la percibimos al interactuar con ella».

Los Quarks invisibles

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Una vez que se ha puesto orden entre las numerosas especies de partículas, se puede reconocer una pauta. Igual que Dimitri Ivanovich Mendeleev descubrió el sistema periódico de los elementos químicos en 1869, así también se hizo visible un sistema similar para las partículas. Esta pauta la encontraron independientemente el americano Murray Gell-Mann y el israelí Yuval Ne’eman. Ocho especies de mesones, todos con el mismo espín, u ocho especies de bariones, con el mismo espín, se podían reagrupar perfectamente en grupos que llamaremos multipletes. El esquema matemático correspondiente se llama SU(3). Grupletes de ocho elementos forman un octete “fundamental”. Por esta razón Gell-Mann llamó a esta teoría el “óctuplo camino”. Lo tomó prestado del budismo de acuerdo con el cual el camino hacia el nirvana es el camino óctuplo.

Pero las matemáticas SU(3) también admiten multipletes de diez miembros. Cuando se propuso este esquema se conocían nueve bariones con espín 3/2. Los esquemas SU(3) se obtienen al representar dos propiedades fundamentales de las partículas, la extrañeza S frente al isoespín I₃ , en una gráfica.

Imagen de trazas en la cámara de burbujas del primer evento observado incluyendo bariones Ω, en el Laboratorio Nacional Brookhaven.

De esta manera, Gell-Mann predijo un décimo barión, el omega-menos (Ω¯), y pudo estimar con bastante precisión su masa porque las masas de los otros nueve bariones variaban de una forma sistemática en el gráfico (también consiguió entender que las variaciones de la masa eran una consecuencia de una interacción simple). Sin embargo, estaba claro que la Ω¯, con una extrañeza S = -3, no tenía ninguna partícula en la que desintegrarse que no estuviera prohibida por las leyes de conservación de la interacción fuerte. De modo que, la Ω¯ sólo podía ser de tan sólo 10¯²³ segundos como los demás miembros del multiplete, sino que tenía que ser del orden de 10¯¹⁰ segundos. Consecuentemente, esta partícula debería viajar varios centímetros antes de desintegrarse y esto la haría fácilmente detectable. La Ω¯ fue encontrada en 1964 con exactamente las mismas propiedades que había predicho Gell-Mann.

Se identificaron estructuras multipletes para la mayoría de los demás bariones y mesones y Gell-Mann también consiguió explicarlas. Sugirió que los mesones, igual que los bariones, debían estar formados por elementos constitutivos “más fundamentales aún”. Gell-Mann trabajaba en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena (CalTech), donde conversaba a menudo con Richard Feynman. Eran ambos físicos famosos pero con personalidades muy diferentes. Gell-Mann, por ejemplo, es conocido como un entusiasta observador de Pájaros, familiarizado con las artes y la literatura y orgulloso de su conocimiento de lenguas extranjeras. Feynman fue un hombre hecho a sí mismo, un analista riguroso que se reía de cualquier cosa que le recordara la autoridad establecida.

Resultado de imagen de Gell-Mann y Feynman

Hay una anécdota que parece no ser cierta de hecho, pero que me parece tan buena que no puedo evitar el contarla; podía haber sucedido de esta forma. Gell-Mann le dijo a Feynman que tenía un problema, que estaba sugiriendo un nuevo tipo de ladrillos constitutivos de la materia y que no sabía qué nombre darles. Indudablemente debía haber de haber pensado en utilizar terminología latina o griega, como ha sido costumbre siempre en la nomenclatura científica. “Absurdo”, le dijo Feynman; “tú estás hablando de cosas en las que nunc ase había pensado antes. Todas esas preciosas pero anticuadas palabras están fuera de lugar. ¿Por qué no los llamas simplemente “shrumpfs”, “quacks” o algo así?”.

Cuando algún tiempo después le pregunté a Gell-Mann, éste negó que tal conversación hubiera tenido lugar. Pero la palabra elegida fue quark, y la explicación de Gell-Mann fue que la palabra venía de una frase de Fynnegan’s Wake de James Joyce; “¡Tres quarks para Muster Mark!”. Y, efectivamente así es. A esas partículas les gusta estar las tres juntas. Todos los bariones están formados por tres quarks, mientras que los mesones están formados por un quark y un antiquark.

Los propios quarks forman un grupo SU(3) aún más sencillo. Los llamaremos “arriba (u)”, “abajo” (d), y “extraño” (s). Las partículas “ordinarias” contienen solamente quarks u y d. Los hadrones “extraños” contienen uno o más quarks s (o antiquarks ŝ).

La composición de quarks de espín 3/2 se puede ver en la tabla 5. La razón por la que los bariones de espín ½ sólo forman un octete es más difícil de explicar. Está relacionada con el hecho de que en estos estados, al menos dos de los quarks tienen que ser diferentes unos de otros.

Realmente, la idea de que los hadrones estuvieran formados por ladrillos fundamentales sencillos había sido también sugerida por otros. George Zweig, también en el CalTech, en Pasadena, había tenido la misma idea. Él había llamado a los bloques constitutivos “ases!, pero es la palabra “quark” la que ha prevalecido. La razón por la que algunos nombres científicos tienen más éxito que otros es a veces difícil de comprender.

Pero en esta teoría había algunos aspectos raros. Aparentemente, los quarks (o ases) siempre existen en parejas o tríos y nunca se han visto solos. Los experimentadores habían intentado numerosas veces detectar un quark aislado en aparatos especialmente diseñados para ello, pero ninguno había tenido éxito.

Loa quarks –si se pudieran aislar- tendrían propiedades incluso más extrañas. Por ejemplo, ¿cuáles serían sus cargas eléctricas? Es razonable suponer que tanto los quarks u como los quarks s y d deban tener siempre la misma carga. La comparación de la tabla 5 con la tabla 2 sugiere claramente que los quarks d y s tienen carga eléctrica -1/3 y el quark u tiene carga +2/3. Pero nunca se han observado partículas que no tengan carga múltiplo de la del electrón o de la del protón. Si tales partículas existieran, sería posible detectarlas experimentalmente. Que esto haya sido imposible debe significar que las fuerzas que las mantienen unidas dentro del hadrón son necesariamente increíblemente eficientes.

Aunque con la llegada de los quarks se ha clarificado algo más la flora y la fauna de las partículas subatómicas, todavía forman un conjunto muy raro, aún cuando solamente unas pocas aparezcan en grandes cantidades en el universo (protones, neutrones, electrones y fotones). Como dijo una vez Sybren S. de Groot cuando estudiaba neutrinos, uno realmente se enamora de ellos. Mis estudiantes y yo amábamos esas partículas cuyo comportamiento era un gran misterio. Los leptones, por ser casi puntuales, son los más sencillos, y por tener espín se ven afectados por la interacción que actúa sobre ellos de forma muy complicada, pero la interacción débil estaba bastante bien documentada por entonces.

Los hadrones son mucho más misteriosos. Los procesos de choque entre ellos eran demasiado complicados para una teoría respetable. Si uno se los imagina como pequeñas esferas hachas de alguna clase de material, aún quedaba el problema de entender los quarks y encontrar la razón por la que se siguen resistiendo a los intentos de los experimentadores para aislarlos.

emilio silvera

Si queréis saber más sobre el tema, os recomiendo leer el libro Partículas de Gerard ´t Hooft

Entrelazamiento cuántico

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                                             Una nota antes del Reportaje:

 

En 1935 un molesto Albert Einstein, junto con sus colegas Podolsky y Rosen, presentaron la llamada “paradoja EPR”, por sus iniciales. Esta quería servir de ejemplo para decir que la mecánica cuántica era una “teoría” incompleta y fallida. Que necesitaba de una profunda revisión. ¿Y por qué? Porque, según el propio Einstein, este conjunto de hipótesis violaba el universo tal y como lo conocemos. Por lo tanto, tenía que estar mal en algún punto. Sin embargo, lo que no sabía Einstein es que la paradoja presentada es en realidad una manifestación real de lo que ocurre en la naturaleza. Efectivamente, en los tiempos que corren hemos podido comprobar un fenómeno inquietante y extraordinario que permite que dos partículas separadas entre sí por una distancia monstruosa sean capaces de “comunicarse” sin que exista nada, ningún canal de transmisión, entre las dos. A este extraño fenómeno, que rompe por completo nuestra manera de entender el mundo, lo llamamos entrelazamiento cuántico.

 

 

Física

Científicos del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia Austríaca de Ciencias, de la Universidad de Viena y de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) han conseguido por primera vez entrelazar tres partículas de luz o fotones utilizando una propiedad cuántica relacionada con el retorcimiento (twist) de la estructura de sus frentes de onda.

De la misma manera que el famoso gato de Schrödinger está simultáneamente vivo y muerto, todas las demostraciones experimentales realizadas hasta ahora de entrelazamiento de varias partículas han sido llevadas a cabo con objetos cuánticos en dos dimensiones, dos niveles discretos posibles. Los fotones retorcidos utilizados en el experimento de Viena no tienen ese límite bidimensional y pueden existir en tres o más estados cuánticos vez.

El estado de entrelazamiento entre tres fotones creado por el grupo de Viena bate el récord previo de dimensionalidad, y da luz a una nueva forma de entrelazamiento asimétrico que nunca ha sido observado hasta ahora. Los resultados aparecen esta semana publicados en Nature Photonics.

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El entrelazamiento es una propiedad antiintuitiva de la física cuántica que siempre ha desconcertado a los científicos y los filósofos. Los cuantos de luz entrelazados parecen ejercer una influencia entre ellos, no importa la distancia a la que se encuentren. De manera metafórica puede considerarse un patinador de hielo con la asombrosa habilidad de girar sobre sí mismo tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario, al mismo tiempo.

Un par de patinadores entrelazados alejándose entre ellos mientras hacen este sorprendente giro tendrán las direcciones de giro perfectamente correlacionadas: si en un instante el primero gira en un sentido, también lo hace el otro, aunque estén tan lejos que terminen en pistas en continentes diferentes.

Recreación artística del estado de entrelazamiento de los fotones retorcidos creado en el experimento de Viena. (Foto: Mehul Malik, Manuel Erhard, © Faculty of Physics, University of Vienna)

“Los fotones entrelazados de nuestro experimento se pueden ilustrar no con dos, sino con tres patinadores, danzando una coreografía cuántica pefectamente sincronizada”, explica Mehul Malik, el primer autor del artículo. “Su danza es un poco más compleja, con dos de los patinadores mostrando, además, otro movimiento correlacionado, además del giro mencionado. De hecho, somos los primeros que hemos conseguido este tipo de entrelazamiento cuántico asimétrico en el laboratorio”, continúa Malik.

 

Los investigadores han creado el estado de entrelazamiento entre tres fotones utilizando otro artificio cuántico: han combinado dos pares de fotones con entrelazamiento de alta dimensión de tal manera que era imposible saber de dónde procedía cada uno de los fotones. Aparte de servir como campo de pruebas para estudiar muchos conceptos fundamentales de la mecància cuántica, los estados de entrelazamiento de varios fotones vez, como este, tienen aplicaciones que van desde la computación cuántica hasta la encriptación cuántica.

En esta línea, los autores de la investigación proponen un nuevo tipo de protocolo de criptografía cuántica, basado en este estado de entrelazamiento asimétrico, que permite que diferentes capas de información se compartan de forma asimétrica entre varios emisores y destinatarios con total seguridad.

Los científicos consideran que, aunque todavía habrá que solventar muchos obstáculos técnicos antes de que este protocolo se pueda utilizar en la práctica, el rápido progreso de la tecnología cuántica hace que sea sólo cuestión de tiempo que esta tecnología encuentre su lugar en las redes cuánticas del futuro. “El experimento abre las puertas a un futuro Internet cuántico, con más de dos interlocutores, que permitiría una comunicación de más de dos bits por fotón”, añade Zeilinger.

En la investigación ha participado Mehul Malik, Manuel Erhard, Mario Krenn, Robert Fickler, Anton Zeilinger, del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austríaca de Ciencia (IQOQI) y el investigador del Grupo de información y de Fenómenos Cuánticos del Departamento de Física de la UAB Marcus Huber, físico teórico que ha inventado las técnicas necesarias para analizar el experiemento. La investigación ha sido financiada por la Comisión Europea, el Consejo Europeo de Investigación (ERC) y la Austrian Science Fund (FWF). (Fuente: UAB)