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.

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?

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.

                              Ardiphithecus ramidus

                                                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.

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.

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.

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?

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.

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.

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.

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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.

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.

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.

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

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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, …

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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.

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

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