¿Fue el Tiempo el único testigo de…

Si miramos hacia atrás en el Tiempo, podremos comprobar que, desde siempre, hemos estado a merced de los agentes naturales que llegaron para causar grandes estragos en la población que según los casos se vio mermada por miles y millones de muertos. El que nos asedió en 2019, tengo la sensación de que no es tan natural, y, si algún día se llega a saber que fue provocado… Y  si los humanos seguimos comportándonos así   ¡Traerá malas consecuencias para el Mundo!

Nosotros, los Humanos, somos bastante prepotentes y, a estas alturas nos podemos creer que lo sabemos todo y que nada puede hacernos mella, nuestros conocimientos nos pueden librar de todo… ¡Cuan equivocado estamos! Pero vayamos a repasar algunos detalles y hechos en los que, el actor principal es el Tiempo. Durante su transcurrir crecemos y nos educan para estar preparados cada cual en el ámbito elegido para servir al colectivo, no importa si se es mecánico, doctor o físico, todo es necesario para el bien común

 

“La didáctica es la rama de la pedagogía que se ocupa de orientar la acción educadora sistemática, y en sentido más amplio, es el conjunto de conocimientos aplicables a todo sujeto, plantea las cuestiones generales de toda enseñanza comunes a todas las materias.

Colectivamente, el tiempo es muy importante, cada uno de nosotros hacemos un trabajo y desarrollamos una actividad que se va sumando a la de los demás, con el tiempo, el trabajo, ese conocimiento adquirido, continúa aumentando y, ese tiempo “infinito” es el que necesitamos, nosotros y los que vendrán detrás para resolver problemas muy graves que se presentarán en el futuro y que, de poder o no poder resolverlos, dependerá que la Humanidad perdure.

El tiempo será la mejor herramienta con la que podemos contar para resolver todos los problemas. Así lo dijo Hilbert:

“Por muy inabordables que parezcan estos problemas, y por muy desamparados que nos encontremos frente a ellos hoy, tenemos la íntima convicción de que debe ser posible resolverlos mediante un número finito de deducciones lógicas.  Y, para ello, la mejor herramienta es el tiempo, él nos dará todas las respuestas a preguntas que hoy no podemos ni sabemos contestar”.

 

En la tumba de David Hilbert (1862-1943), en el cementerio de Gotinga (Alemania), dice:

“Debemos saber. Sabremos”.

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Los físicos se vieron durante mucho tiempo turbados por el hecho de que a menudo, la partícula beta emitida en una desintegración del núcleo no alberga energía suficiente para compensar la masa perdida por el núcleo.  En realidad, los electrones no eran igualmente deficitarios.  Emergían con un amplio espectro de energías, y el máximo (conseguido por muy pocos electrones), era casi correcto, pero todos los demás no llegaban a alcanzarlo en mayor o menor grado.  Las partículas alfa emitidas por un nucleido particular poseían iguales energías en cantidades inesperadas.  En ese caso, ¿Qué era errónea en la emisión de partículas beta? ¿Qué había sucedido con la energía perdida?

En 1.922, Lise Maitner se hizo por primera vez esta pregunta, y, hacia 1.930, Niels Bohr estaba dispuesto a abandonar el gran principio de conservación de la energía, al menos en lo concerniente a partículas subatómicas.  En 1.931, Wolfgang Pauli sugirió una solución para el enigma de la energía desaparecida.

El investigador austriaco Wolfgang Pauli propuso en 1930 la idea de que había una partícula que no tenía carga, y él pensaba que también una masa despreciable, y que era la que se llevaba la parte de energía que faltaba. La llamó neutrino.

Tal solución era muy simple: junto con la partícula beta del núcleo se desprendía otra, que se llevaba la energía desaparecida.  Esa misteriosa segunda partícula tenía propiedades bastante extrañas.  No poseía carga ni masa.  Lo único que llevaba mientras se movía a la velocidad de la luz era cierta cantidad de energía.  A decir verdad, aquello parecía un cuerpo ficticio creado exclusivamente para equilibrar el contraste de energías.

Sin embargo, tan pronto como se propuso la posibilidad de su existencia, los físicos creyeron en ella ciegamente. Y esta certeza se incrementó al descubrirse el neutrón y al saberse que se desintegraba en un protón y se liberaba un electrón, que, como en la decadencia beta, portaba insuficientes cantidades de energía.  Enrico Fermi dio a esta partícula putativa el nombre de “neutrino”, palabra italiana que significa “pequeño neutro”.

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¿Estábamos muy atrasados en el conocimiento de la materia?

Bueno tenemos unas reglas que nos dicen de qué está hecha. Sin embargo, otros hablan de unas cuerdas vibrantes que serían los componentes primigenios, situados más allá de los Quarks

en los colegios, cuando estábamos en primaria nos decían que la materia estaba en tres estados: Sólido, Líquido y Gaseoso. No contaban con el estado más abundante de la materia en el Universo que era el Plasma.

        Sí, la materia conforma maravillas, la vida la mayor de ellas

No podemos dejar de asombrarnos de la presencia de la Vida en el Universo

        ¿Cómo pudo surgir la Vida a partir de la materia “inerte”

         ¿Cómo ha podido surgir la Conciencia de la materia?

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún y años-luz de saber y conocer sobre su verdadera naturaleza. Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar.  Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos pero que tampoco sabemos, en realidad, a que son debidos.  Si, sabemos ponerles etiquetas como, por ejemplo, la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio y, con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transuránicos.

A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta.  En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más importante de ruptura, sobrepasando a la emisión de partículas alfa.

¡Parece que la materia está viva!

Son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas.

Si se encuentran electrón y positrón… ¡Se aniquilan!

El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o antineutrón), y, por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega lepto que significa “delgado”).

             El electrón es onda y partícula

Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Josepth John Thomson (1856-1940), el problema de su estructura, si la hay, no está resuelto.  Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9,1093897 (54)x10^-31kg la primera y, 1,602 177 33 (49)x10^-19 culombios, la segunda, y también su radio clásico. No se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos masiva que el electrón (o positrón) y que lleve  una carga eléctrica, sea lo que fuese (sabemos como actúa y cómo medir sus propiedades, pero aun no sabemos qué es), tenga asociada un mínimo de masa, y que esta es la que se muestra en el electrón.

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Me refiero al Modelo estándar y, algunos han llegado a creer que sólo faltan algunos detalles técnicos y, con ellos, la física teórica está acabada. Tenemos un modelo que engloba todo lo que desamos saber acerca de nuestro mundo físico. ¿Qué más podemos desear?

Bueno, lo que hasta el momento hemos logrado no está mal del todo pero, no llega, ni con mucho, a la perfección que la Naturaleza refleja y que, nosotros perseguimos sin llegar a poder agarrar sus múltiples entresijos y parámetros que conforman ese todo en el que, sin ninguna clase de excusas, todo debe encajar y, de momento, no es así.

Fuente: Prog. Part. Nucl. Phys. 106: 68-119 (2019).

Para la mayoría de los físicos el modelo estándar es una teoría efectiva: el límite a baja energía de una teoría más fundamental desconocida. El lagrangiano ℒ  del modelo estándar es un operador de dimensión cuatro (ya que la acción es S = ∫ℒ d⁴x). La física más allá del modelo estándar modificará dicho lagrangiano añadiendo términos de mayor dimensión; por ejemplo, ℒ + ∑ Cᵢ ?ᵢ /Λ², donde el sumatorio recorre los 2499 operadores ?ᵢ  de dimensión seis y Λ es una nueva escala de energía (que será mucho mayor que la masa del quark top). El físico John Ellis (CERN) nos recuerda que ajustar estos 2500 parámetros (los ?ᵢ  y Λ) usando las colisiones del LHC y otros colisionadores es imposible. La única solución es asumir simetrías que reduzcan dicho número parámetros. En su último artículo nos propone usar las simetrías SU(3)⁵ y SU(2)²×SU(3)³. Por supuesto, hay muchas otras alternativas.

La física de partículas se suele separar en física experimental (observacional), física teórica (fundamental) y física fenomenológica; las teorías efectivas son parte de esta última, siendo su objetivo desvelar los primeros indicios (lo que inglés se llama  evidences) de física más allá del modelo estándar. Hoy en día disponemos de un conocimiento en teoría cuántica de campos suficiente para desarrollar de forma sistemática todas las teorías efectivas posibles; un elemento clave a tener en cuenta son las redefiniciones de campos, una redundancia cuya eliminación nos permite obtener lo que se llama una base de operadores. Una vez obtenida podemos ajustar sus parámetros con los datos de colisiones que se recaban en los grandes colisionadores de partículas (como el LHC en el CERN).

Por desgracia, el número de parámetros de estas teorías efectivas más allá del modelo estándar es enorme. John von Neumann decía que «con cuatro parámetros puedo ajustar un elefante, y con cinco puedo lograr que mueva su trompa» [LCMF, 27 may 2010]. Ajustar muchos parámetros, incluso cuando se dispone de una vasta cantidad de observaciones, requiere lidiar con el problema estadístico de las comparaciones múltiples (que en física de partículas se suele llamar  look-elsewhere effect): pueden aparecer indicios espurios (señales con más de tres sigmas de significación estadística) que solo son falsos positivos. En un espacio de 2500 parámetros es muy fácil caer en este problema; incluso cuando se usa un espacio paramétrico mucho más pequeño (por ejemplo, la extensión supersimétrica mínima del modelo estándar, el modelo MSSM, tiene 124 parámetros libres).

Nadie dijo nunca que la búsqueda de física más allá del modelo estándar fuera sencilla. Y tampoco que fuera fácil de automatizar. La intuición física (que a veces se llama  «búsqueda de la belleza») juega y jugará un papel fundamental en la labor de los físicos fenomenológicos (al menos hasta que no se les pueda sustituir por futuras inteligencias artificiales). El nuevo artículo es John Ellis, «SMEFT Constraints on New Physics Beyond the Standard Model,» arXiv:2105.14942 [hep-ph] (31 May 2021), que resume los resultados de John Ellis, Maeve Madigan, …, Tevong You, «Top, Higgs, Diboson and Electroweak Fit to the Standard Model Effective Field Theory,» Journal of High Energy Physics 2021: 279 (29 Apr 2021), doi: https://doi.org/10.1007/JHEP04(2021)279, arXiv:2012.02779 [hep-ph] (04 Dec 2020). También muestro resultados del artículo de Jens Erler, Matthias Schott, «Electroweak Precision Tests of the Standard Model after the Discovery of the Higgs Boson,» Progress in Particle and Nuclear Physics 106: 68-119 (2019), doi: https://doi.org/10.1016/j.ppnp.2019.02.007, arXiv:1902.05142 [hep-ph] (13 Feb 2019). 

“El número de parámetros del modelo estándar, que está basado en interacciones gauge con simetrías SU(3)×SU(2)×U(1), depende de la física de los neutrinos (ignoramos si son fermiones de Dirac o de Majorana). Si los neutrinos no tuvieran masa serían 18 parámetros (llamados electrodébiles); en esta figura se añaden dos parámetros adicionales al final que están relacionados con la cromodinámica cuántica en régimen no perturbativo. Como los neutrinos tienen masa hay que añadir sus 3 masas y los parámetros de la mezcla de sus sabores en la matriz PMNS, que serían 4 para neutrinos de Dirac y 6 para Majorana. Además, habría que añadir un parámetro relacionado con la violación de la simetría CP en la interacción fuerte (que estaría relacionado con la masa de los axiones, si estos existieran). Así el número de parámetros del modelo estándar estaría entre 25 y 28.

Es cierto que, el Modelo estándar es casi (en algunos momentos), pero no permanentemente, perfecto. En primer lugar, podríamos empezar a quejarnos de las casi veinte constantes que no se pueden calcular. Pero si esta fuese la única queja, habría poco que hacer. Desde luego, se han sugerido numerosas ideas para explicar el origen de estos números y se han propuesto varias teorías para “predecir” sus valores. El problema con todas estas teorías es que los argumentos que dan nunca llegan a ser convincentes.”

Fuente: Ciencia de la Mula Francis.

¿Por qué se iba a preocupar la Naturaleza de una fórmula mágica si en ausencia de tal fórmula no hubiera contradicciones? Lo que realmente necesitamos es algún principio fundamental nuevo, tal como el principio de la relatividad, pero nos resistimos a abandonar todos los demás principios que ya conocemos; ¡esos, después de todo, han sido enormemente útiles en el descubrimiento del Modelo estándar! una herramienta que posibilitado a todos los físicos del mundo, construir sus trabajos en ese fascinante mundo de la mecánica cuántica, donde partículas infinitesimales interactúan con las fuerzas y podemos ver, como se comporta la materia en determinadas circunstancias. El mejor lugar para buscar nuevos principios es precisamente donde se encuentran los puntos débiles de la presente teoría.

Es cierto que la materia le habla al Espacio y el espacio le habla a la materia

 

La regla universal en la física de partículas es que cuando las partículas chocan con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructuras cada vez menores, más pequeñas en el espacio y en el tiempo. Supongamos por un momento que tenemos a nuestra disposición un Acelerador de Partículas 10.000 veces más potente que el LHC, donde las partículas pueden adquirir esas tantas veces más energías de las alcanzadas actualmente. Las colisiones que tendrían lugar nos dirían algo acerca de los detalles estructurales de esas partículas que ahora no conocemos, que serían mucho más pequeños que los que ahora podemos contemplar. En este punto se me ocurre la pregunta: ¿Seguiría siendo correcto el Modelo estándar? 0, por el contrario, a medida que nos alejemos en las profundidades de lo muy pequeño, también sus normas podrían variar al mismo tiempo que varían las dimensiones de los productos hallados. Recordad que, el mundo no funciona de la misma manera ante lo grande que ante lo infinitesimal.

     El LHC consiguió en menos de un mes el Bosón W

¿Podéis imaginar conseguir colisiones a 70.000 TeV? ¿Qué podrías ver? Y, entonces, seguramente, las protestas de algunas de que “ese monstruo” podría abrir un agujero de gusano en el espacio tiempo…¡tendría algún fundamento! No sabemos lo que puede pasar si andamos con fuerzas que no podemos dominar.

Hoy, el Modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aún más pequeñas. Pero tenemos algunas razones para sospechar que tales predicciones resultan estar muy alejadas de la realidad, o, incluso, ser completamente falsas.

Encendamos nuestro super-microscopio imaginario y enfoquémoslo directamente en el centro de un protón o de cualquier otra partícula. Veremos hordas de partículas fundamentales desnudas pululando. Vistas a través del super-microscopio, el Modelo Estándar que contiene veinte constantes naturales (o algunas más), describen las fuerzas que rigen la forma en que se mueven. Sin embargo, ahora esas fuerzas no sólo son bastante fuertes sino que también se cancelan entre ellas de una forma muy especial; están ajustadas para conspirar de tal manera que las partículas se comportan como partículas ordinarias cuando se vuelven a colocar el microscopio en la escala de ampliación ordinaria. Si en nuestras ecuaciones matemáticas cualquiera de estas constantes fueran reemplazadas por un número ligeramente diferente, la mayoría de las partículas obtendrían inmediatamente masas comparables a las gigantescas energías que son relevantes en el dominio de las muy altas energías. El hecho de que todas las partículas tengan masa que corresponden a energías mucho menores repentinamente llega a ser bastante poco natural.

Los ajustes finos del universo

“Si uno se pone a examinarlo con detalle, resulta que el universo está maravillosamente ajustado para poder permitir la vida. A esto se le llama el problema del fine tuning o ajuste fino del universo. Normalmente, por ajuste fino se suele entender el hecho de que los valores de ciertas constantes, de ser ligeramente modificados, incluso muy ligeramente modificados, tendrían como resultado que la vida compleja como nosotros sería imposible.

 

Hugh Ross

Quizá el ejemplo más claro sea el de los valores de las fuerzas fundamentales (gravitatoria, nuclear débil, nuclear fuerte y electromagnética). Según Hugh Ross, una fuerza gravitatoria un poco más débil impediría estrellas como nuestro Sol; todas las estrellas que podrían formarse serían bastante más masivas y consumirían su combustible muchísimo antes de que la vida compleja pudiera emerger. Por otro lado, una fuerza de la gravedad más intensa no permitiría estrellas como el Sol, todas las estrellas serían muy ligeras e incapaces de sintetizar los elementos más pesados que la vida necesita. La fuerza nuclear fuerte también está increíblemente bien ajustada: un poco más fuerte y todo el hidrógeno se habría consumido al principio del universo, impidiendo la formación de estrellas con una vida larga; un poco más débil y muchos de los elementos químicos actuales serían radiactivos, con evidentes consecuencias negativas para la vida. Pueden encontrarse más ejemplos en la página de Wikipedia sobre el problema del ajuste fino (donde he sacado mucha información). El astrofísico Martin Rees, en su libro Solo seis números, determinó que en esencia eran 6 los parámetros (constantes universales o combinación de ellas) que si hubiesen variado siquiera un mínimo habrían impedido la vida:

– , la relación entre la fuerza electromagnética y la gravitatoria. Además de los problemas asociados con la evolución estelar ya mencionados, si N fuera más pequeña, el universo se hubiera expandido y re-contraído muy rápidamente, sin permitir la formación de entidades complejas.

– , mide la eficiencia del hidrógeno para convertirse en helio en las reacciones nucleares en las estrellas. Cuatro átomos de hidrógeno se convierten en uno de helio y se libera un 0.7 % de energía. Si  fuera 0.006 (una variación de una parte en diez mil) solo existiría el hidrógeno, con lo que toda química mínimamente compleja sería imposible. Por encima de un valor de 0.008 no existiría hidrógeno ya que la reacción sería «demasiado eficiente» y se habría fusionado todo poco después del Big Bang (con respecto a este valor de 0.008 hay que decir que hay autores que consideran que la horquilla es un poco más amplia).  no es una constante fundamental del universo, viene determinada por el valor de la fuerza nuclear fuerte (la que mantiene ligados a los protones y neutrones, es decir, a los quarks en el interior de los átomos).

– . La letra griega omega indica la densidad del universo. Es el cociente entre la fuerza de contracción (la gravedad) y la energía de expansión. Con una  el universo  se habría contraído rápidamente sobre sí mismo, volviendo a un estado similar al del Big Bang; con una  la gravedad es tan débil que no se forman estrellas. El valor medido está increíblemente próximo a 1, es decir, a la planitud.

– .  mide el valor de la constante cosmológica (la energía que hay en el vacío) dividida por la densidad crítica del universo (la  de antes, que en su valor crítico es 1). En unidades naturales (las llamadas unidades de Planck) la constante cosmológica tiene un valor increíblemente pequeño, de modo tal que la expansión del universo es irrelevante para las escalas habituales en las que vivimos (no vemos que en nuestro mundo los objetos estén cada día más lejos de donde los dejamos la noche anterior). Con un valor no tan pequeño, las estrellas no podrían formarse. Curioso: si seguimos la teoría cuántica de campos, obtenemos para la energía del vacío un valor 120 órdenes de magnitud () más alto que lo que medimos para la constante cosmológica; si esto fuera así no habría estrellas y el universo se estaría expandiendo a una velocidad alucinante (de hecho, no estaríamos aquí para observarlo); a esto se le llama el problema de los 120 órdenes de magnitud y se ha dicho que es la peor predicción de la historia de la Física.

– , Rees introdujo este poco conocido parámetro para estimar cuánta energía habría que usar para disociar por completo una galaxia utilizando su masa como energía (). Más pequeño indicaría que no se podrían formar estrellas, más grande y el universo sería demasiado violento como para poder sobrevivir en él.

– . El número de dimensiones espaciales es, como todos sabemos, de 3. Con más o menos dimensiones la vida no podría existir; entre otros argumentos, las órbitas de los planetas, por ejemplo, solo son estables en 3 dimensiones, de lo contrario los planetas acabarían colapsando sobre las estrellas. (Esto no excluye las dimensiones microscópicas que postulan algunas teorías como la teoría de cuerdas).

Este maravilloso ajuste del universo es un problema bastante complejo de resolver. Por un lado, uno puede apelar a la presencia de un Ser Superior que ha favorecido la vida. Desde una perspectiva más secular, algunos apelan al multiverso, esto es, una infinidad de universos de entre los cuales la vida solo es capaz de prosperar en unos pocos. En esta línea va el pensamiento que se conoce como Principio Antrópico, que viene a decir algo así como que el universo es como es porque si fuera de otra manera no tendría observadores para preguntarse por qué es como es. Este razonamiento circular, tautológico, no gusta a casi nadie, y con razón. Algunos científicos, como David Deutsch, creen que existe una explicación, aunque nosotros no podemos ni imaginarla ahora mismo. Otros son algo más escépticos.”

 

La doble hélice, es una especie de cuerda de dos hilos enredados uno alrededor del otro, ambos constituidos por 4 moléculas llamadas: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Sin el ajuste fino no podría ser posible.

¿Implica el ajuste fino un diseño con propósito? Hay tantos parámetros que deben tener un ajuste fino y el grado de ajuste fino es tan alto, que no parece posible ninguna otra conclusión.

Bueno, quizá en la imagen y el comentario que lleva abajo, me he podido pasar un poco. Lo que antes decía: “El hecho de que todas las partículas tengan masa que corresponden a energías mucho menores repentinamente llega a ser bastante poco natural”, es lo que se llama el “problema del ajuste fino”. Vistas a través del microscopio, las constantes de la Naturaleza parecen estar cuidadosamente ajustadas sin ninguna otra razón aparente que hacer que las partículas parezcan lo que son. Hay algo muy erróneo aquí. Desde un punto de vista matemático, no hay nada que objetar, pero la credibilidad del Modelo estándar se desploma cuando se mira a escalas de tiempo y longitud extremadamente pequeñas o, lo que es lo mismo, si calculamos lo que pasaría cuando las partículas colisionan con energías extremadamente altas.

¿Y por qué debería ser el modelo válido hasta ahí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables, e ellas podrían modificar completamente el mundo que Gulliver planeaba visitar. Si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste fino de las constantes de la Naturaleza, creamos un nuevo problema:

Tres tipo de Ajuste Fino para la vida

La evidencia para el ajuste fino del universo es de tres tipos:

1. El ajuste fino de las leyes de la naturaleza.
2. El ajuste fino de las constantes físicas.
3. El ajuste fino de la distribución inicial de la masa-energía del universo en el momento del Big Bang.

El Ajuste Fino de las Leyes de la Naturaleza

Cuando hablamos sobre el ajuste fino de las leyes de la naturaleza queremos decir  que el universo debe tener precisamente el conjunto adecuado de leyes con el fin de que exista vida altamente compleja.

Ejemplos:

• Existencia de la Gravedad.
• Existencia de la Fuerza Electromagnética.
• Existencia de la Fuerza Nuclear Fuerte.
• Existencia del Principio de Cuantificación.
• Existencia del Principio de Exclusión de Pauli.

El Ajuste Fino de las constantes físicas

Por las constantes físicas, nos referimos a los números fundamentales que se producen en las leyes de la física, los cuales muchos de éstos deben estar  ajustados con precisión en un grado extraordinario para que la vida se produzca.

Por ejemplo, tomemos la Constante Gravitacional —designado por G— la cual determina la fuerza de la gravedad a través de la Ley de la Gravedad de Newton:

 

Donde F es la fuerza entre dos masas, m₁ y m₂, que están a una distancia r de diferencia. Si aumentas o disminuyes G entonces la fuerza de la gravedad correspondientemente aumentará o disminuirá. (El valor real de G es 6,67 x 10^-11 Nm² / kg².)

Ahora, para darnos una idea de qué tan finamente ajustada es la fuerza de la gravedad indicada por G debemos primero mirar el rango de las fuerzas fundamentales en la naturaleza:

Observa que la Fuerza Nuclear Fuerte es de 10 000 sextillones[1] de veces la Fuerza de la Gravedad. ¿Demasiado complicado? Bien, hagamos esto más digerible. Imagina que tienes una regla lo suficientemente grande para extenderla a través de todo el universo, ahora colocaremos los puntos en donde se localizarían la Fuerza de Gravedad y la Fuerza Nuclear Fuerte. Tendríamos algo así:

 

Retomemos el hilo que veo pasar una mosca y la sigo, la sigo, la sigo hasta no saber donde estoy.

¿Cómo podemos modificar el Modelo Estándar de tal manera que el ajuste-fino no sea necesario? Está claro que las modificaciones son necesarias , lo que implica que muy probablemente hay un límite más allá del cual el modelo deja de ser válido. El Modelo Estándar no será más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, tal que todos los fenómenos observados hasta el presente están de acuerdo con él, pero cada vez que ponemos en marcha un aparato más poderoso, debemos esperar que sean necesarias nuevas modificaciones para ir ajustando el modelo, a la realidad que descubrimos.

El hallazgo de una partícula que crearía nueva Física

¿Cómo hemos podido pensar de otra manera? ¿Cómo hemos tenido la “arrogancia” de pensar que podemos tener la teoría “definitiva”? Mirando las cosas de esta manera, nuestro problema ahora puede muy bien ser el opuesto al que plantea la pregunta de dónde acaba el modelo estándar: ¿Cómo puede ser que el modelo estándar funcione tan extraordinariamente bien? y ¿por qué aún no hemos sido capaces de percibir nada parecido a otra generación de partículas y fuerzas que no encajen en el modelo estándar?

Asistentes escuchan la presentación de los resultados del experimento ATLAS, durante el seminario del Centro Europeo de Física de Partículas (CERN) para presentar los resultados de los dos experimentos paralelos que buscan la prueba de la existencia de la “partícula de Higgs”, base del modelo estándar de física, hoy miércoles 4 de julio en Meyrin, Suiza.

La pregunta “¿Qué hay más allá del Modelo estándar”? ha estado fascinando a los físicos durante años. Y, desde luego, todos sueñan con llegar a saber, qué es lo que realmente es lo que conforma el “mundo” de la materia, qué partículas, cuerdas o briznas vibrantes. En realidad, lo cierto es que, la Física que conocemos no tiene que ser, necesariamente, la verdadera física que conforma el mundo y, sí, la física que conforma “nuestro mundo”, es decir, el mundo al que hemos podido tener acceso hasta el momento y que, no necesariamente tiene que tratarse del mundo real.

O, como decía aquél: ¡Que mundo más hermoso, parece de verdad!

No todo lo que vemos es, necesariamente, un reflejo de la realidad de la Naturaleza que, puede tener escondidos más allá de nuestras percepciones, otros escenarios y otros objetos, a los que, por ahora, no hemos podido acceder, toda vez que, físicamente tenemos carencias, intelectualmente también, y, nuestros conocimientos avanzar despacio para conseguir, nuevas máquinas y tecnologías nuevas que nos posibiliten “ver” lo que ahora nos está “prohibido” y, para ello, como ocurre siempre, necesitamos energías de las que no disponemos.

Hay dos direcciones a lo largo de las cuales se podría extender el Modelo estándar, tal como lo conocemos actualmente, que básicamente se caracterizan así:

– Nuevas partículas raras y nuevas fuerzas extremadamente débiles, y

– nuevas partículas pesadas y nuevas estructuras a muy altas energías.

Podrían existir partículas muy difíciles de producir y de detectar y que, por esa razón, hayan pasado desapercibidas hasta ahora.  La primera partícula adicional en la que podríamos  pensares un neutrino rotando a derecha. Recordaremos que si se toma el eje de rotación paralelo a la dirección del movimiento los neutrinos sólo rotan a izquierdas pero, esa sería otra historia.

En un artículo editado en Ciencia Kanija, pude leer:

“Los interferómetros atómicos tienen ahora la sensibilidad para observar nuevas fuerzas más allá del modelo estándar de la física de partículas. “Las nuevas fuerzas a corta distancia son una predicción frecuente de las teorías más allá del Modelo Estándar y la búsqueda de estas nuevas fuerzas es un canal prometedor para descubrir una nueva física”, dice Jay Wackerdel Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC en California. La pregunta es cómo encontrarlas”

 

Los neutrinos siempre me han fascinado. Siempre se han manifestado como si tuvieran masa estrictamente nula. Parece como si se movieran exactamente con la velocidad de la luz. Pero hay un límite para la precisión de nuestras medidas. Si los neutrinos fueran muy ligeros, por ejemplo, una cienmillonésima parte de la masa del electrón, seríamos incapaces de detectar en el laboratorio la diferencia entre éstos y los neutrinos de masa estrictamente nula. Pero, para ello, el neutrino tendría que tener una componente de derechas.

En este punto, los astrónomos se unen a la discusión. No es la primera vez, ni será la última, que la astronomía nos proporciona información esencial en relación a las partículas elementales. Por ejemplo, debido a las interacciones de corriente neutra (las interacciones débiles originadas por un intercambio Zº), los neutrinos son un facto crucial en la explosión  supernova de una estrella. Ahora sabemos que debido a las interacciones por corriente neutra, pueden colisionar con las capas exteriores de la estrella y volarlas con una fuerza tremenda.

En realidad, los neutrinos nos tienen mucho que decir, todavía y, no lo sabemos todo acerca de ellos, sino que, al contrario, son muchos los datos y fenómenos que están y subyacen en ellos de los que no tenemos ni la menor idea que existan o se puedan producir. Nuestra ignorancia es grande, y, sin embargo, no nos arredra hablar y hablar de cuestiones que, la mayoría de las veces…ni comprendemos.

Aquí lo dejaré por hoy, el tema es largo y de una fascinación que te puede llevar a lugares en los que no habías pensado al comenzar a escribir, lugares maravillosos donde reinan objetos exóticos y de fascinante porte que, por su pequeñez, pueden vivir en “mundos” muy diferentes al nuestro en los que, ocurren cosas que, nos llevan hacia el asombro y también, a ese mundo mágico de lo fascinante y maravilloso.

¡Cuanta complejidad para que nuestra limitada capacidad intelectual la pueda desmenuzar! Pero, se hace lo que se puede.

Emilio Silvera Vázquez 

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En pie contra una subestación eléctrica de Endesa situada junto a tres centros educativos.

Vecinos de Torrox exigen detener las obras de la subestación eléctrica. Temen por consecuencias en la salud, como la leucemia o patologías cardiacas

imientos para asegurarlo, todos apuntan en la misma dirección: El medio ambiente que nos rodea (ambioma), es determinante en la aparición de ciertos trastornos.  Las pruebas más frecuentes están relacionadas con Urbanizaciones y centros escolares situados en zonas de tendidos eléctricos de potente voltaje.  Otras, como la emanación de gases de centros industriales, también están entre las causas más frecuentes de trastornos físicos.  Claro que, las grandes empresas, niegan cualquier incidencia.

Se define como ambioma al conjunto de elementos no genéticos, cambiantes, que rodean el individuo y que contribuyen a conformar el desarrollo y construcción del ser humano y por lo tanto el estado de salud o la aparición de enfermedad.

No podemos cerrar los ojos a esta realidad, esta nueva área de conocimientos, el ambioma, nos llevará a darnos cuenta que tiene ingredientes que influyen, y a veces poderosamente, en el individuo y en su desarrollo a lo largo de su vida, hasta tal punto que, se cree pueda ser el factor determinante para acortarla en el tiempo.

La acción poderosa y nociva que una radiación continuada puede inferir en nuestros frágiles organismos, son incalculables y, no siempre, dichas radiaciones, pueden ser medidas con claridad, no todas las radiaciones gritan su presencia como en el caso de la fisión nuclear:

Es posible comenzar un trabajo con una idea preconcebida y, que dicho trabajo, tome sus propios caminos que, en realidad, vienen a converger siempre en ese punto central que era la idea original, ya que, todo esta conexionado de alguna manera misteriosa.

Empezamos hablando de la mente, de las sensaciones y de la conciencia, del ente sensible y complejo que guardamos en la poderosa “máquina creadora de pensamientos” que todos llevamos sobre los hombros y, estamos tocando temas relacionados que, de alguna manera, inciden en el avance de esa prodigiosa estructura del entendimiento, y de las ideas y sensaciones.

Podríamos poner aquí miles de ejemplos de idas brillantes salidas de mentes humanas.  Sin embargo, me viene a la memoria un titular: “Los descubridores del PEGAMENTO que une la materia ganan el Nobel de Física” (decía un periódico allá por el último trimestre de 2.004).

                           Gross                         Politzer                                  Wilczek

La noticia se refería a David Gross, David Poltczer y Frank Wilczek, los descubridores del funcionamiento de la fuerza que cohesionan a los quarks, las partículas más elementales (de momento), donde ellos hablan de libertad asintítuca y perfeccionan la cromodinámica cuántica.

Cualquiera que haya leído sobre temas de ciencia de la materia, sabe que desde los tiempos de la antigua Grecia hasta el de Einstein, el gran sueño de todos los sabios que han estudiado la naturaleza ha sido una descripción precisa y completa de nuestro Universo, las constantes de la Naturaleza y las fuerzas fundamentales, algo que ya está más cerca gracias al trabajo de estos tres científicos estadounidenses.

Hace más de treinta años que Gross, Politzer y Wilczek desvelaron el enigmático funcionamiento de la llamada interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales que rigen el Universo, y que actúa como un pegamento cósmico para mantener unida la materia.  Su trabajo reveló como los quarks, las diminutas partículas que forman los nucleones de los átomos, interaccionan entre sí para mantenerse unidos.

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

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

“Ha sido un gran alivio.  He estado pensando en ello durante mucho tiempo”, comentó al enterarse de la noticia Franck Wilczek.

“No estaba claro que fuera un adelanto en aquel momento. La teoría que propusimos era descabellada en muchos aspectos y tuvimos que dar muchas explicaciones”, reconoció el investigador.

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

La carga de color de un quark puede tener tres valores diferentes: “rojo”, “verde”, o “azul”; y un anti-quark puede tener tres “anti-colores” diferentes, en ocasiones llamados “anti-rojo”, “anti-verde” y “anti-azul” (a veces representados por cian, magenta y amarillo).

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

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

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

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

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

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

Los Quarks están sujetos y confinados en un mar de gluones

Según Frank Wiczek, que ahora pertenece al Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), su descubrimiento “reivindica la idea de que es posible comprender a la Naturaleza racionalmente”.  El físico también recordó que “fue una labor arraigada en el trabajo experimental, más que en la intuición”, y agradeció “a Estados Unidos por un sistema de enseñanza pública que tantos beneficios me ha dado”.

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

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

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

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

Trabajos y estudios realizados en el acelerador LEP del CERN durante la década de los 90 han hecho posible medir con mucha precisión la intensidad de la interacción fuerte en las desintegraciones de las partículas z y t, es decir a energías de 91 y 1’8 Gev, los resultados obtenidos están en perfecto acuerdo con las predicciones de ACD, proporcionando una verificación muy significativa de libertad asintótica.

                               ====== Mini Big Bang a 100 metros bajo tierra ======

Habiendo mencionado el CERN (Centro Europeo de Investigación Nuclear.), me parece muy oportuno recordar aquí que acabó de ponerse en marcha hace ua algún tiempo el LHC (el Gran colisionador de Hadrones), el acelerador de partículas más grande del mundo. Las pruebas llevadas a cabo han sido varias y a distintas energías, alcanzando los 7 TeV. De momento, no sabemos si realmente encontró lo que buscaba.

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

Imanes de nueva generación impulsan la actualización del Gran Colisionador de Hadrones.

En el CERN, la Cadena IT (Inner Triplet), una instalación de pruebas única, ha sido el centro de estas innovaciones. La prueba de los imanes cuadrupolares superconductores, fabricados con niobio-estaño, representa un avance crucial. Estos imanes son capaces de generar campos magnéticos de hasta 11,3 teslas, una mejora significativa frente a los imanes actuales de niobio-titanio, que generan un campo de 8,6 teslas con temperaturas muy elevadas bajo cero.

Los nuevos imanes del LHC de alta luminosidad generan campos magnéticos de 11,3 teslas.

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

En el corazón de la cordillera del Jura, justo en la frontera entre Francia y Suiza, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), llevó a cabo la construcción de esta maravilla que, cuando se finalice de instalar todos los componentes de esta faraónica obra científica (cuyo coste está ya en 40.000 millones de euros y se ha tardado 15 años en construirse), unos 10.000 investigadores de 500 instituciones académicas y empresas esperan descubrir nuevas claves sobre la naturaleza de la materia y los ladrillos fundamentales de las que se compone el Universo. Hace unos pocos días que finalizó su puesta a punto y comenzó su esperada puesta en marcha.

¿Podremos encontrar por fin, en 2.008, cuando funcione este Gran Acelerador de Hadrones, esa esperada y soñada partícula, a la que algunos han llegado a llamar La “Partícula Divina”, conocida por partícula de Higgss y que se tiene por la partícula que proporciona las masas a todas las demás ?

Este acelerador tan largamente esperado, ha comenzado a funcionar en 2.008 y, las partículas que se inyecten en su interior colisionaran aproximadamente seiscientos millones de veces por segundo, desencadenando la mayor cantidad de energía jamás observada en las condiciones de un laboratorio, aunque aun estará muy alejada de la energía necesaria para comprobar la existencia de las cuerdas vibrantes.  Pero eso sí nos dejará ver otras partículas nuevas hasta ahora esquivas, pertenecientes al grupo más elemental de los componentes de la materia.

El LHC ha producido ya tantos datos que necesitan una pila de CD de 20 km. de altura para almacenar tanta información generada por los experimentos y, una legión de físicos para estudiar resultados, será fascinante.

El trabajo que se lleva a cabo en el CERN constituye una contribución muy importante al conocimiento de la Humanidad para comprender el mundo que nos rodea.

                 Todo es materia que es lo mismo que decir que son Quarks y Leptones

La pregunta clave: ¿De qué se compone la materia de nuestro Universo? Y ¿Cómo llegó a convertirse en lo que es?

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

Si todo sale como está previsto y se cumplen todas las expectativas de los científicos, se calcula que cada segundo, un protón dará 11.245 vueltas al anillo del LHC.  Teniendo en cuenta que cada haz de estas partículas tendrá una duración de 10 horas, se estima que recorrerá un total de 10.000 millones de kilómetros (suficiente para llegar a Neptuno y volver).

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

El LHC está dividido en 8 sectores de 3’3 km cada uno, y, de momento, sólo se ha logrado el enfriamiento de uno de los sectores a la temperatura necesaria para llevar a cabo las colisiones que simularán, en miniatura, las condiciones del Big Bang.

El Bosón de Higgss, el tesoro más buscado, será el premio.  Una partícula que predice el modelo teórico actual de la Física, pero para el que hasta ahora no existe evidencia alguna.  Se supone que este “ladrillo” fundamental del cosmos (cuyo nombre proviene del físico escocés que propuso su existencia en 1.964, Peter Higgss) es crucial para comprender cómo la materia adquiere su masa.

John Ellis, uno de los investigadores del CERN, ha dicho: ²si no encontramos la partícula de Higgs, esto supondría que todos los que nos dedicamos a la Física teórica llevamos 35 años diciendo tonterías”.

Espero que no sea así y que la dichosa partícula aparezca.  Herman Tey Kate, otro físico del CERN, se atreve a predecir que, la partícula de Higgs aparecerá antes de que pasen los 12 meses a partir del comienzo de la búsqueda en  2.008.

Creo que me he extendido demasiado en el ejemplo, cuando me introduzco en temas de Física se me va el santo al cielo, pero estamos tratando sobre nosotros y la manera en que evolucionamos para adquirir los conocimientos y sensaciones que tenemos.

Emilio Silvera Vázquez

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