¿Qué no será capaz de inventar el hombre para descubrir los misterios de la naturaleza?

Ha pasado mucho tiempo desde que Rutherford identificara la primera partícula nuclear (la partícula alfa). El camino ha sido largo y muy duro, con muchos intentos fallidos antes de ir consiguiendo los triunfos (los únicos que suenan), y muchos han sido los nombres que contribuyen para conseguir llegar al conocimiento del átomo y del núcleo actual; los electrones circulando alrededor del núcleo, en sus diferentes niveles, con un núcleo compuesto de protones y neutrones que, a su vez, son constituidos por los quarks allí confinados por los gluones, las partículas mediadoras de la fuerza nuclear fuerte. Pero, ¿qué habrá más allá de los quarks?, ¿las supercuerdas vibrantes? Algún día se sabrá.

Partículas

El universo de las partículas es fascinante. Cuando las partículas primarias chocan con átomos y moléculas en el aire, aplastan sus núcleos y producen toda clase de partículas secundarias. En esta radiación secundaria (aún muy energética) la que detectamos cerca de la Tierra, por los globos enviados a la atmósfera superior, han registrado la radiación primaria.

El físico estadounidense Robert Andrews Millikan, que recogió una gran cantidad de información acerca de esta radiación (y que le dio el nombre de rayos cósmicos), decidió que debería haber una clase de radiación electromagnética. Su poder de penetración era tal que, parte del mismo, atravesaba muchos centímetros de plomo. Para Millikan, esto sugería que la radiación se parecía a la de los penetrantes rayos gamma, pero con una longitud de onda más corta.

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La puerta de las dimensiones más altas quedó abierta y a los teóricos se les regaló una herramienta maravillosa: el hiperespacio; todo es posible. Hasta el matrimonio de la relatividad general y la mecánica cuántica, allí sí es posible encontrar esa soñada teoría de la gravedad cuántica.

Así que las teorías se han embarcado a la búsqueda de un objeto audaz: buscan una teoría que describa la simplicidad primigenia que reinaba en el intenso calor del universo en sus primeros tiempos; una teoría carente de parámetros, donde estén presentes todas las respuestas. Todo debe ser contestado a partir de una ecuación básica.

¿Dónde radica el problema?

El problema está en que la única teoría candidata no tiene conexión directa con el mundo de la observación, o no lo tiene todavía si queremos expresarnos con propiedad. La energía necesaria para ello, no la tiene ni el nuevo acelerador de partículas LHC.

La verdad es que la teoría que ahora tenemos, el modelo estándar, concuerda de manera exacta con todos los datos a bajas energías y contesta cosas sin sentido a altas energías. ¡Necesitamos algo más avanzado!

Se ha dicho que la función de la partícula de Higgs es la de dar masa a las partículas que carecen de ella, disfrazando así la verdadera simetría del mundo. Cuando su autor lanzó la idea al mundo, resultó además de nueva, muy extraña. El secreto de todo radica en conseguir la simplicidad: el átomo resultó ser complejo, lleno de esas infinitesimales partículas electromagnéticas que bautizamos con el nombre de electrones. Resultó que tenía un núcleo que contenía, a pesar de ser tan pequeño, casi toda la masa del átomo. El núcleo, tan pequeño, estaba compuesto de otros objetos más pequeños aún; los quarks que estaban instalados en nubes de otras partículas llamadas gluones, y ahora queremos continuar profundizando, sospechando que después de los quarks puede haber algo más.

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El Principio Holográfico y la Teoría M

A ellos, les digo, la verdad no sería literalmente nada más que las sombras de las imágenes.

Platón, La República (Libro VII)

La Holografía a través de las eras

Platón, el gran filósofo Griego, escribió una serie de “Diálogos” en los que resumió muchas de las cosas que había aprendido de su maestro, el filósofo Sócrates. Uno de los más famosos de estos Diálogos es la “Alegoría de la Caverna”. En esta alegoría, la gente está encadenada en una caverna por lo que solo pueden ver las sombras que se proyectan en los muros de la caverna por el fuego. Para esta gente, las sombras representan la totalidad de su existencia – para ellos es imposible imaginar una realidad que consista en otra cosa que no sean difusas sombras en el muro.

Sin embargo, algunos prisioneros podrían escapar de la cueva; salir a la luz del sol y contemplar la verdadera realidad. Cuando intentaran volver a la caverna y contar la verdad a los otros cautivos, serían tachados de locos.

Por supuesto, para Platón esta historia solo simbolizaba la lucha de la humanidad por alcanzar la luz y el conocimiento a través del razonamiento y la mentalidad abierta. Inicialmente todos nosotros somos prisioneros y el mundo tangible es nuestra caverna. Así como algunos prisioneros pueden escapar a la luz del sol, alguna gente puede acumular conocimiento y ascender en la luz de la verdadera realidad.

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Hablamos de Física y pienso en los enormes mensajes que nos han transmitido fórmulas inventadas por el hombre al profundizar en los secretos de la Naturaleza, y, por ejemplo, la constante de Planck en sus dos versiones, h y ħ; la igualdad masa-energía de Einstein; la Constante gravitacional de Newton, la constante de estructura fina (137); o, el radio del electrón, son muestras innegables del ingenio del ser humano y huellas en el tiempo de como se ha sabido profundizar en las entrañas de la Naturaleza misma.

¡Me encantan sus mensajes!

Es verdaderamente meritorio el enorme avance que en tan poco tiempo ha dado la Humanidad, en el campo de la Física. En poco más o menos, un siglo y medio, se ha pasado de la oscuridad a una claridad resplandeciente aunque no cegadora.  Son muchos los secretos de la Naturaleza física que han sido desvelados y, el ritmo, parece que se mantiene a un nivel muy aceptable.

¡El Tiempo!, ese preciado bien, está a nuestro favor.  Sólo tenemos que ir pasando el testigo para alcanzar las metas propuestas. Pongamos nuestras esperanzas en que no seamos tan irresponsables como para estropearlo todo, ya que, en ocasiones, podemos tratar con fuerzas que aún no sabemos comprender.

Cuestiones sencillas de entender para los iniciados y, a veces, muy complejas para la gente corriente.  Por tal motivo, si escribo sobre estos interesantes temas, mi primera preocupación es la de buscar la sencillez en lo que explico.  No siempre lo consigo.

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Las variadas teorías que llegaron a constituir la física cuántica a finales del primer cuarto de siglo, eran conocidas colectivamente como el modelo estándar.  Considerado desde su punto de vista, el mundo esta compuesto de dos categorías generales de partículas: las de espín fraccionario (½), llamadas fermiones, en homenaje a Enrico Fermi, y las de espin entero (o,  1 ó 2), llamadas Bosones, en homenaje a Satyendra Nath Bose, quien, junto con Einstein, desarrolló las leyes estadísticas que gobiernan su conducta.

Los fermiones comprenden la materia.  Obedecen a lo que se llama el principio de exclusión de Pauli, formulado por éste en 1.925, y, según el cual, dos fermiones no pueden ocupar al mismo tiempo un determinado estado cuántico.   Debido a esta característica de los fermiones, solo un número limitado de electrones pueden ocupar cada capa de un  átomo, y hay un límite superior para el número de protones y neutrones que pueden unirse para formar un núcleo atómico estable.  Los protones, neutrones y electrones son todos fermiones.

Los Bosones transmiten fuerza, no obedecen al principio de exclusión de Pauli, y por consiguiente varias fuerzas diferentes pueden actuar en el mismo lugar al mismo tiempo.   Los átomos de ésta libreta, por ejemplo, están sujetos simultáneamente a la atracción eléctrica entre sus protones y electrones, y a la fuerza de gravedad de la Tierra.

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