Detalle de El proceso de Galileo (siglo XVII. Col. particular).

“Yo, Galileo, hijo del difunto Vincenzo Galilei, florentino, de setenta años de edad, citado personalmente ante este tribunal y arrodillado ante vuestras eminencias, señores cardenales inquisidores generales contra la corrupción herética en toda la comunidad cristiana, teniendo ante mis ojos y tocando con las manos las Sagradas Escrituras, juro que siempre he creído, creo, y con la ayuda de Dios creeré en el futuro todo lo que mantiene, predica y enseña la Santa Iglesia Católica y Apostólica. Pero, considerando que después que este Santo Oficio me hubiera hecho llegar un requerimiento judicial en el sentido de que abandonara completamente la falsa opinión de que el Sol es el centro del mundo…

Por lo tanto, con el deseo de apartar de las mentes de vuestras eminencias y de todos los cristianos fieles esta vehemente sospecha concebida contra mí con todo fundamento, de todo corazón y con fe verdadera adjuro, execro y abomino los errores y herejías anteriormente citados…, y juro que en el futuro nunca volveré a decir o afirmar verbalmente ni por escrito nada que pueda causar una sospecha similar hacia mí; además, si conociera a alguna persona herética o sospechosa de herejía, la denunciaré a este Santo Oficio o al inquisidor u ordinario del lugar en que me encuentre… Yo, Galileo Galilei he abjurado, jurado y prometido y me he obligado; y certifico que es verdad que, con mi propia mano he escrito la presente cédula de mi abjuración y la he recitado palabra por palabra en Roma, en el convento de Minerva este 22 de junio de 1633. Yo, Galileo Galilei, he abjurado por propia voluntad.”

Así, de esta manera humillante,  se expresó Galileo ante la “Santa Inquisición” para salvar su vida a cambio de ser confinado en una casa de Arcetri, en las afueras de Florencia. A partir de aquel momento, todo para él fue tristeza y confinamiento.

Cuatro años más tarde Galileo produjo un libro que trataba de “Dos ciencias nuevas”, una que se ocupaba de la mecánica y otra de la resistencia de los materiales. También este libro fue escrito en italiano y adoptó la forma de un diálogo sostenido entre Salvati, Sagredo y Simplicio. Dado que la Inquisición había prohibido todos sus libros, la obra hubo de ser sacada furtivamente del país para que la publicaran los Elzevir en Leyden. Este fue el último libro de Galileo y en él ponía los cimientos sobre los cuales Huygens y Newton construirían la ciencia de la dinámica y, finalmente, una teoría de la gravitación universal.

Pero, dejemos la historia del final de la vida de Galileo que resulta ser bastante triste y, será mejor que, sin olvidarlo del todo, hablemos de cosas más curiosas.

El microscopio y el telescopio fueron ambos productos de la misma era, pero mientras que Copérnico y Galileo se han convertido en héroes populares, en los profetas de la modernidad, Hooke y Leeuwenhoek, sus equivalentes en el mundo microscópico, han quedado relegados al panteón de las ciencias especializadas. Copérnico y Galileo desempeñaron importantes papeles en la tan conocida batalla entre “ciencia” y “religión”; no sucedió lo mismo con Hooke y Leeuwenhoek.

No sabemos quién inventó el microscopio. El principal candidato es Zacharias Jansen, humilde fabricante de anteojos de Midddelburg. Sí sabemos que el microscopio, como las gafas y el telescopio, se usaba mucho antes de que se comprendieran los principios de la óptica, y probablemente su invención fue tan accidental como la del telescopio. No podía haber sido inventado por nadie que ansiara echar un vistazo a un mundo microscópico nunca imaginado hasta entonces. Pero después de que se fabricaran los primeros telescopios, la gente los utilizaba para ver ampliados objetos cercanos. Al principio, el mismo término italiano, occhialino, o el latino perspicillum, servían tanto para el telescopio como para el microscopio. En noviembre de 1614, Galileo le decía a un visitante: “Con este tubo he visto moscas que parecían tan grandes como corderos, y he comprobado que están cubiertas de pelo y tienen unas uñas muy afiladas mediante las cuales se sostienen y andan sobre el cristal, aunque estén patas arriba, insertando la punta de las uñas en los poros del cristal”.

Ya en 1625, un miembro de la Academia de Lincei, el médico naturalista John Faber (1574-1629), ideó un nombre para el nuevo aparato. “El tubo óptico… que me he complacido en llamar, tomando como modelo el telescopio, microscopio, aunque permite ver las cosas diminutas.”

Las mismas sospechas que hicieron que los críticos de Galileo estuvieran poco dispuestos a mirar por el telescopio y luego se mostraban reacios a creer lo que veían, afectaron también al microscopio. El telescopio resultaba de evidente utilidad en el campo de batalla, pero no existían todavía batallas en las que pudiera intervenir el microscopio.

Al no haber una ciencia de la óptica, la gente “sensata” era especialmente prudente ante las “ilusiones ópticas”. Esta desconfianza medieval respecto a todos los aparatos ópticos era el principal obstáculo para el desarrollo de una ciencia de la óptica. Se creía que cualquier artefacto que se interpusiera entre los sentidos y el objeto a percibir no podía hacer otra cosa que inducir al error de las facultades que Dios le había dado al hombre.

Robert Hooke (1635-1703) publicó en 1665 Micrographia, una atractiva miscelánea en la que explicaba su teoría de la luz y el color y sus teorías sobre la combustión y la respiración, junto con una descripción del microscopio y de sus usos. Pero la extendida desconfianza respecto a las ilusiones ópticas perjudicaría también a Hooke. Al principio, el nuevo mundo que afirmaba ver a través de sus lentes fue motivo de escarnio general.

Lo que el Sidereus Nuncius de Galileo había hecho por el telescopio y sus vistas del cielo, lo hizo la Micrographia de Hooke por el microscopio. Del mismo modo que Galileo no fue el inventor del telescopio, tampoco Hooke inventó el microscopio, pero lo que él declaró haber visto en su microscopio compuesto abrió los ojos de la Europa culta al maravilloso mundo interior. El propio Hooke presentó por primera vez en cincuenta y siete sorprendentes ilustraciones dibujadas por él mismo el ojo de una mosca, la forma del aguijón de una abeja, la anatomía de una pulga y de un piojo, la estructura de las plumas y la similitud con las plantas que presentaba el moho. Cuando descubrió que la estructura del corcho era como la de un panal, dijo que estaba compuesto por “celdas”. Las ilustraciones de Hooke se reimprimieron con gran frecuencia y siguieron apareciendo en los libros de texto hasta el siglo XIX.

De la misma manera que el telescopio había unido la Tierra y los cuerpos celestes más distantes en un solo esquema de pensamiento, las imágenes del microscopio revelaban un mundo minúsculo que se asemejaba de modo sorprendente al que se veía diariamente a gran escala. En Historia Insectorum Generalis, Jan Swammerdam (1637-1680) demostraba que los insectos, como los animales “superiores”, poseían una intrincada anatomía y no se reproducían por generación espontánea. En el microscopio vio que los insectos se desarrollaban igual que el hombre, por epigénesis, o desarrollo gradual de un órgano después de otro. Con todo, sobrevivió la creencia de otras formas de generación espontánea. Ese dogma, no dejó de ser científicamente respetable hasta el siglo XIX, cuando Luis Pasteur realizó sus brillantes experimentos con la fermentación y aplicó en la práctica sus ideas a la conservación de la leche. Pero esa, es otra historia.

Así, Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) fue con su microscopio el primer promotor de esta nueva ciencia de la exploración de otros mundos en ese “universo” de lo infinitesimal, donde existen otras criaturas que, como nosotros, en el macro-mundo, nacen, viven y mueren.

Ambos, el telescopio y el microscopio, han sido de tanta importancia para el saber de la Humanidad que, sin ellos, estaríamos, seguramente, muy retrasados en el conocimiento del Universo y, en general, del mundo que nos rodea.

Me he llevado más de dos horas con este trabajo intentando poner imágenes ilustrativas de los personajes y del mundo microscópico pero, cuando las he querido publicar, surgen los galimatias infinitos de letras inconexas que impiden plasmar las imágenes que, seguramente son de propiedad privada y no se dejan utilizar. Así que, así lo dejo, al menos os resultará curioso.

emilio silvera

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Ya hemos descrito en trabajos anteriores las dos familias de partículas elementales: Quarks y Leptones. Pero hasta ahí, no se limita la sociedad del “universo” infinitesimal. Existen además las antifamilias. A quarks y electrones se asocian, por ejemplo, antiquarks y antielectrones. A cada partícula, una antipartícula.

Uno de los primeros éxitos de la teoría relativista del campo cuántico fue la predicción de las antipartículas: nuevos cuantos que eran la imagen especular de las partículas ordinarias. Las antipartículas tienen la misma masa y el mismo spin que sus compañeras las partículas ordinarias, pero cargas inversas. La antipartícula del electrón es el positrón, y tiene, por tanto, carga eléctrica opuesta a la del electrón. Si electrones y positrones se colocan juntos, se aniquilan, liberando la energía inmensa de su masa según la equivalencia masa-energía einstrniana.

¿Cómo predijeron los físicos la existencia de antipartículas? Bueno, por la «interpretación estadística» implicaba que la intensidad de un campo determinaba la probabilidad de hallar sus partículas correspondientes. Así pues, podemos imaginar un campo en un punto del espacio describiendo la creación o aniquilación de sus partículas cuánticas con una probabilidad concreta. Si esta descripción matemática de la creación y aniquilación de partículas cuánticas se inserta en el marco de la teoría relativista del campo cuántico, no podemos contar con la posibilidad de crear una partícula cuántica sin tener también la de crear un nuevo género de partícula: su antipartícula. La existencia de antimateria es imprescindible para una descripción matemáticamente coherente del proceso de creación y aniquilación según la teoría de la relatividad y la teoría cuántica.

La misteriosa sustancia conocida como materia oscura puede ser en realidad una ilusión, creada por la interacción gravitacional entre partículas de corta vida de materia y antimateria. Un mar hirviente de partículas en el espacio puede crear la gravedad repulsiva.

Puede ser posible que las cargas gravitacionales en el vacío cuántico podrían proporcionar una alternativa a la materia oscura. La idea se basa en la hipótesis de que las partículas y antipartículas tienen cargas gravitacionales de signo opuesto. Como consecuencia, los pares de partícula-antipartícula virtuales en el vacío cuántico y sus dipolos de forma gravitacional (una carga gravitacional positivos y negativos) pueden interactuar con la materia bariónica para producir fenómenos que se suele atribuir a la materia oscura. Fue el  físico del CERN, Dragan Slavkov Hajdukovic, quien propuso la idea, y demostró matemáticamente que estos dipolos gravitacionales podrían explicar las curvas de rotación de las galaxias observadas sin la materia oscura en su estudio inicial. Sin embargo,  señaló que quedaba mucho por hacer.

Pero sigamos con la cuántica…

El pionero en comprender que era necesario que existiesen antipartículas fue el físico teórico Paul Dirac, que hizo varías aportaciones importantes a la nueva teoría cuántica. Fue él quien formuló la ecuación relativista que lleva hoy su nombre, y a la que obedece el campo electrónico; constituye un descubrimiento comparable al de las ecuaciones del campo electromagnético de Maxwell. Cuando resolvió su ecuación, Dirac se encontró con que además de describir el electrón tenía soluciones adicionales que describían otra partícula con una carga eléctrica opuesta a la del electrón. ¿Qué significaría aquello? En la época en que Dirac hizo esta observación, no se conocían más partículas con esta propiedad que el protón. Dirac, que no deseaba que las partículas conocidas proliferasen, decidió que las soluciones adicionales de su ecuación describían el protón.

Pero, tras un análisis más meticuloso, se hizo evidente que las partículas que describían las soluciones adicionales tenían que tener exactamente la misma masa que el electrón. Quedaba así descartado el protón, cuya masa es por lo menos, 1.800 veces mayor que la del electrón. Por tanto, las soluciones adicionales tenían que corresponder a una partícula completamente nueva de la misma masa que el electrón, pero de carga opuesta: ¡El antielectrón! Esto quedó confirmado a nivel experimental en 1932 cuando Carl Anderson, físico del Instituto de Tecnología de Calífornia, detectó realmente el antielectrón, que hoy se llama positrón.

Antes de empezar, debemos recordar que el Premio Nobel de Física de 1936 se repartió a partes iguales entre Victor Franz Hess y Carl David Anderson. Merece la pena leer la Nobel Lecture de Carl D. Anderson, “The production and properties of positrons,” December 12, 1936, quien nos explica que en esta imagen un “electrón” de 63 MeV atraviesa un placa de plomo de 6 mm y emerge con una energía de 23 MeV, pero lo hace con la curvatura “equivocada” como si fuera una partícula de carga positiva, como si fuera un protón pero con la masa de un electrón. La Nobel Lecture muestra muchas otras fotografías de positrones y electrones. Anderson afirma: “The present electron theory of Dirac provides a means of describing many of the phenomena governing the production and annihilation of positrons.”

Por otro lado, el Premio Nobel de Física de 1933 se repartió a partes iguales entre Erwin Schrödinger y Paul Adrien Maurice Dirac. También vale la pena leer la Nobel Lecture de Paul A. M. Dirac, “Theory of electrons and positrons,” December 12, 1933, aunque no cuente la historia de su descubrimiento, afirma que su ecuación predice el “antielectrón” de soslayo: ”There is one other feature of these equations which I should now like to discuss, a feature which led to the prediction of the positron.” (fuente: Francis (th)E mule Science’s News).

La aparición de las antipartículas cambió definitivamente el modo de pensar de los físicos respecto a la materia. Hasta entonces, se consideraba la materia permanente e inmutable. Podían alterarse las moléculas, podían desintegrarse los átomos en procesos radiactivos, pero los cuántos fundamentales se consideraban invariables. Sin embargo, tras el descubrimiento de la antimateria realizado por Paul Dirac hubo que abandonar tal criterio. Heisenberg lo expresaba así:

“Creo que el hecho de que Dirac haya descubierto partículas y antipartículas, ha cambiado toda nuestra visión de la física atómica… creo que, hasta entonces, todos los físicos habían concebido las partículas elementales siguiendo los criterios de la filosofía de Demócrito, es decir, considerando esas partículas elementales como unidades inalterables que se hallan en la naturaleza como algo dado y son siempre lo mismo, jamás cambian, jamás pueden transmutarse en otra cosa. No son sistemas dinámicos, simplemente existen en sí mismas. Tras el descubrimiento de Dirac, todo parecía distinto, porque uno podía preguntar: ¿por qué un protón no podría ser a veces un protón más un par electrón-positrón, etc.?… En consecuencia, el problema de la división de la materia había adquirido una dimensión distinta.”

Dado que la antimateria tiene la misma masa que la materia, es decir son de la misma magnitud y signo (la definición de masa es positiva siempre), el efecto gravitacional de la antimateria no debe ser distinto de la materia, es decir, siempre sera un efecto atractivo. Pero, ¿acaso no importa la equivalencia establecida de antipartícula viajando al futuro = partícula viajando al pasado?

    Existe un “universo” que se nos escapa de la comprensión

La respuesta es sí. Dicha equivalencia proviene de algo llamado simetría CPT (Charge-Parity-Time), y nos dice que la equivalencia entre las partículas y antipartículas no solo corresponde a realizar una transformación sobre la carga, sino también sobre la paridad y el tiempo. La carga no afecta la gravedad, pero la paridad y el tiempo si la afectan. En otras palabras, al modificarse el tiempo (poner el tiempo al reves) y el espacio (la paridad es “girar” el espacio), estamos alterando el espacio-tiempo, y como la teoría general de la relatividad lo afirma, es la geometría de este el que determina la gravedad.

El carácter mutable de la materia se convirtió en piedra angular de la nueva física de partículas. El hecho de que partículas y antipartículas puedan crearse juntas a partir del vacío si se aporta energía suficiente, no sólo es importante para entender cómo se crean las partículas en aceleradores de alta energía, sino también para entender los procesos cuánticos que se produjeron en el Big Bang.

Partículas y campos, clásicos y cuánticos. Las nociones clásicaqs de partícula y campo comparadas con su contrapartida cuántica. Una partícula cuántica está deslocalizada: su posición se reparte en una distribución de probabilidad. Un campo cuántico es equivalente a un colectivo de partículas cuánticas.

Como ya lo hemos expresado, el conocimiento que se obtuvo sobre la existencia de antifamilias de partículas o familias de antipartículas es una consecuencia de la aplicación de la teoría relativista del campo cuántico, para cada partícula existe una partícula que tiene la misma masa pero cuya carga eléctrica (y otras llamadas cargas internas) son de signo opuesto. Estas son las antipartículas. Así, al conocido electrón, con carga negativa, le corresponde un «electrón positivo» como antipartícula, llamado positrón, descubierto en 1932. El antiprotón, descubierto en 1956, tiene la misma masa que el protón, pero carga eléctrica negativa de igual valor. El fotón, que no tiene masa ni carga eléctrica, puede ser considerada su propia antipartícula.

Un agujero negro es un objeto que tiene tres propiedades: masa, espin y carga eléctrica. La forma del material en un agujero negro no se conoce, en parte porque está oculta para el universo externo, y en parte porque, en teoría, el material continuaría colapsando hasta tener radio cero, punto conocido como Singularidad, de densidad infinita.

Un agujero negro tiene tres propiedades: masa, espín y carga eléctrica. La forma del material de un agujero negro no se conoce, en parte porque está oculta para el universo externo, y en parte porque, en teoría, el material continuaría colapsando hasta tener radio cero, punto conocido como singularidad, de densidad infinita.

Cada partícula está caracterizada por un cierto número de parámetros que tienen valores bien definidos: su masa, carga eléctrica, spin o rotación interna y otros números, conocidos como cuánticos. Estos parámetros son tales que, en una reacción, su suma se mantiene y sirve para predecir el resultado. Se dice que hay conservación de los números cuánticos de las partículas. Así, son importantes el número bariónico, los diversos números leptónicos y ciertos números definidos para los quarks, como la extrañeza, color, etc. Estos últimos y sus antipartículas tienen cargas eléctricas (± 1/3 o ± 2/3) y números bariónicos (±1/3) fraccionarios. No todos los números asociados a cada partícula han sido medidos con suficiente precisión y no todas las partículas han sido detectadas en forma aislada, por lo menos de su ligamento, como el caso de los quarks y de los gluones.

Los gluones son una especie de «partículas mensajeras» que mantienen unidos a los quarks. Su nombre proviene del término inglés “glue”, que significa pegamento, en español quizás podría ser gomón. Ahora, en cuanto a los quarks, ya hicimos referencia de ellos anteriormente. Pero recordemos aquí, que fueron descubiertos en 1964 por Murray Gell-Mann, como los componentes más reducidos de la materia. Hasta entonces se pensaba que los átomos consistían simplemente en electrones rodeando un núcleo formado por protones y electrones.

En estado natural, quarks y gluones no tienen libertad. Pero si se eleva la temperatura a niveles 100.000 veces superiores, como se ha hecho en aceleradores de partículas, a la del centro del Sol, se produce el fenómeno del desconfinamiento y por un brevísimo tiempo quedan libres. En ese preciso momento aparece lo que se suele llamar plasma, «una sopa de quarks y gluones» que equivale al estado en que se podría haber encontrado la naturaleza apenas una milésima de segundo luego del Big Bang.

Recientemente se ha descubierto un nuevo estado de la materia, esta vez a niveles muy altos de energía, que los científicos han denominado Plasma Gluón-Quark. La transición ocurre a temperaturas alrededor de cien mil millones de grados y consiste en que se rompen las fuertes ligaduras que mantienen unidos los quarks dentro de los núcleos atómicos. Los protones y neutrones están formados, cada uno, por 3 quarks que se mantienen unidos gracias a los gluones (El gluón es la partícula portadora de interacción nuclear fuerte, fuerza que mantiene unida los núcleos atómicos). A temperaturas superiores se vence la fuerza nuclear fuerte y los protones y neutrones se dividen, formando esta sopa denominada plasma Gluón-Quark.

Pero por ahora aquí, nos vamos a quedar con los quarks al natural. Normalmente, los quarks no se encuentra en un estado separados, sino que en grupos de dos o tres. Asimismo, la duración de las vidas medias de las partículas, antes de decaer en otras, es muy variable (ver tablas).

Por otra parte, las partículas presentan una o más de las siguientes interacciones o fuerzas fundamentales entre ellas. Por un lado se tiene la gravitación y el electromagnetismo, conocidas de la vida cotidiana. Hay otras dos fuerzas, menos familiares, que son de tipo nuclear y se conocen como interacciones fuertes y débiles.

La gravitación afecta a todas las partículas, es una interacción universal. Todo cuerpo que tiene masa o energía está sometido a esta fuerza. Aunque es la más débil de las interacciones, como las masas son siempre positivas y su alcance es infinito, su efecto es acumulativo. Por ello, la gravitación es la fuerza más importante en cosmología.

                            Los campos magnéticos están presentes por todo el Universo

La fuerza electromagnética se manifiesta entre partículas con cargas eléctricas. A diferencia de las demás, puede ser de atracción (entre cargas de signos opuestos) o de repulsión (cargas iguales). Esta fuerza es responsable de la cohesión del átomo y las moléculas. Mantiene los objetos cotidianos como entidades con forma propia. Un vaso, una piedra, un auto, el cuerpo humano. Es mucho más fuerte que la gravitación y aunque es de alcance infinito, las cargas de distinto signo se compensan y sus efectos no operan a grandes distancias. Dependiendo de las circunstancias en que actúen, estas interacciones pueden manifestarse como fuerzas eléctricas o magnéticas solamente, o como una mezcla de ambos tipos.

La Fuerza Nuclear Débil: otra fuerza nuclear, considerada mucho más débil que la Fuerza Nuclear Fuerte. El fenómeno de decaimiento aleatorio de la población de las partículas subatómicas (la radioactividad) era difícil de explicar hasta que el concepto de esta fuerza nuclear adicional fue introducido.

La interacción nuclear débil es causa de la radioactividad natural y la desintegración del neutrón. Tiene un rol capital en las reacciones de fusión del hidrógeno y otros elementos en el centro de las estrellas y del Sol. La intensidad es débil comparada con las fuerzas eléctricas y las interacciones fuertes. Su alcance es muy pequeño, sólo del orden de 10^-15 cm.

La interacción fuerte es responsable de la cohesión de los núcleos atómicos. Tiene la intensidad más elevada de todas ellas, pero es también de corto alcance: del orden de 10^-13 cm. Es posible caracterizar las intensidades de las interacciones por un número de acoplamiento a, sin dimensión, lo que permite compararlas directamente:

Fuerte a_s = 15

Electromagnéticas a = 7,3 x 10^-3

Débil a_w 3,1 x 10^-12

Gravitacional a_G = 5,9 x 10^-39

Por otro lado, la mecánica cuántica considera que la interacción de dos partículas se realiza por el intercambio de otras llamadas «virtuales». Tienen ese nombre porque no son observables: existen por un tiempo brevísimo, tanto más corto cuanto mayor sea su masa, siempre que no se viole el principio de incertidumbre de Heisenberg de la teoría cuántica (que en este contexto dice que el producto de la incertidumbre de la energía por el tiempo de vida debe ser igual o mayor que una constante muy pequeña). Desaparecen antes de que haya tiempo para que su interacción con otras partículas delate su existencia.

                                   El fotón  virtual común se desplaza hacia la partícula menos energética.

Dos partículas interactúan al emitir una de ellas una partícula virtual que es absorbida por la otra. Su emisión y absorción cambia el estado de movimiento de las originales: están en interacción. Mientras menos masa tiene la partícula virtual, más lejos llega, mayor es el rango de la interacción. El alcance de la interacción es inversamente proporcional a la masa de la partícula portadora o intermedia. Por ejemplo, la partícula portadora de la fuerza electromagnética es el fotón, de masa nula y, por lo tanto, alcance infinito. La interacción gravitacional también tiene alcance infinito y debe corresponder a una partícula de masa nula: se le denomina gravitón. Naturalmente tiene que ser neutro. (Aún no ha sido vistos ni en pelea de perros).

Como ya hicimos mención de ello, a las fuerzas nucleares se les asocian también partículas portadoras. Para la interacción débil estas partículas se llaman bosones intermedios, expresados como W+, W- y Z0 (neutro). El W- es antipartícula del W+. Los W tienen masas elevadas comparadas con las otras partículas elementales. Lo de bosones les viene porque tienen spin entero, como el fotón y el gravitón, que también los son, pero que tienen masas nulas. Las fuerzas fuertes son mediadas por unas partículas conocidas como gluones, de los cuales habría ocho. Sin embargo, ellos no tienen masa, pero tienen algunas de las propiedades de los quarks, que les permiten interactuar entre ellos mismos. Hasta ahora no se han observado gluones propiamente tal, ya que lo que mencionamos en párrafos anteriores corresponde a un estado de la materia a la que llamamos plasma. Claro está, que es posible que un tiempo más se puedan detectar gluones libres cuando se logre aumentar, aún más, la temperatura, como está previsto hacerlo en el acelerador bautizado como “Relativistic Heavy Ion Collider”, empotrado en Estados Unidos de Norteamérica.

TABLA DE LAS PRINCIPALES PROPIEDADES DE LAS PARTÍCULAS PORTADORAS DE LAS INTERACCIONES FUNDAMENTALES

Una partícula y su antipartícula no pueden coexistir si están suficientemente cerca como para interactuar. Si ello ocurre, ellas se destruyen mutuamente: hay aniquilación de las partículas. El resultado es radiación electromagnética de alta energía, formada por fotones gamma. Así, si un electrón está cercano a un positrón se aniquilan en rayos gamma. Igual con un par protón-antiprotón muy próximos.

La reacción inversa también se presenta. Se llama «materialización o creación de partículas» de un par partícula-antipartícula a partir de fotones, pero se requieren condiciones físicas rigurosas. Es necesario que se creen pares partícula-antipartícula y que los fotones tengan una energía mayor que las masas en reposo de la partículas creadas. Por esta razón, se requieren fotones de muy alta energía, de acuerdo a la relación de Einstein E=mc2 . Para dar nacimiento a electrones/positrones es necesario un campo de radiación de temperaturas mayores a 7×10⁹ °K. Para hacer lo mismo con pares protón/antiprotón es necesario que ellas sean superiores a 2×10¹² °K. Temperaturas de este tipo se producen en los primeros instantes del universo.

Los rayos gamma están presentes en explosiones de supernovas, colisión de estrellas de neutrones… Todos los sucesos de altas energías los hace presente para que nuestros ingenios los detecten y podamos conocer lo que la materia esconde en lo más profundo de sus “entrañas”. Aún no hemos podido conocer en profundidad la materia ni sabemos, tampoco, lo que realmente es la luz.

emilio silvera

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Imagen: Phys Org

El problema de si las constantes físicas son constantes se las trae. Aparte del trabalenguas terminológico arrastra tras de sí unas profundas consecuencias conceptuales. Lo primero, uno de los pilares fundamentales de la relatividad especial es el postulado de que las leyes de la física son las mismas con independencia del observador. Esto fue una generalización de lo que ya se sabía cuando se comenzó a estudiar el campo electromagnético, pero todo lo que sabemos en la actualidad nos lleva a concluir que este postulado es bastante razonable.

En alguna ocasión se explicó aquí el desdoblamiento de las líneas espectrales del hidrógeno, lo que se ha dado en llamar alfa (α). León Lederman (premio Nobel de Física), nos dice que se denota por esa letra griega y que al efectuar sus cálculos, Sommerfeld introdujo una “nueva abreviatura” de algunas constantes. Se trataba de 2πe² / hc, que abrevió con la letra griega “α” (alfa). Sigue  diciéndonos: “No prestéis atención a la ecuación. Lo interesante es esto: cuando se meten los números conocidos de la carga del electrón, e‾ la constante de Planck, h, y la velocidad de la luz, c, sale α = 1/137.  Otra vez 137 número puro.

Las constantes fundamentales (constantes universales) están referidas a los parámetros que no cambian a lo largo del universo. La carga de un electrón, la velocidad de la luz en el espacio vacío, la constante de Planck, la constante gravitacional, la constante eléctrica y magnética se piensa que son todos ejemplos de constantes fundamentales.

Las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundobrana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil.

Las fuerzas fundamentales

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A veces, escalar niveles más altos puede resultar penoso y, para algunos, un esfuerzo que les puede sobrepasar, pero si queremos conseguir alguna cosa, tendremos que pagar el precio. Nada, absolutamente nada en este mundo, se nos regala, todo tenemos que pagarlo de una u otra manera.

La escena me recuerda al viejo Sísifo que fue condenado a subir una gran piedra hasta la cúspide de la montaña y, cuando le faltaba un escaso margen para la llegada, cansado por el enorme esfuerzo realizado, no podía evitar que la gran piedra rodara montaña abajo obligándole así, a comenzar de nuevo. Lo mismo nos ocurre a nosotros en la vida cuando intentamos algo que no llega a salir como pensábamos, sin embargo, más que un fracaso, son sucesos que nos esnseñan la dureza de la vida. El que es poco luchador y se rinde, suele culpar al destino, o, a “su mala suerte”. Algunos, cuando han estado al borde de la derrota, han visto pasar por su lado el resplandor de la felicidad en forma de Amor, y, tan acontecimiento les cambió, algo dentro de ellos saltó y les abrió nuevos horizontes, otras formas de ver las cosas y, sobre todo, más capacidad para sufrir cuando la ocasión así lo requiere. Hay que pensar en el premio, nunca en el esfuerzo que exige lograrlo.

Alguna vez os hablé aquí de Gesner, aquel personaje que tenía una obsesión filológica. Os hablé de su libro de 158 páginas Mitridates, u observaciones sobre las diferencias existentes entre las lenguas que han estado o están en uso en las diversas naciones del mundo entero (1555), él intentó hacer con las lenguas lo que estaba haciendo con los animales y las plantas. Tomando como base su tradducción del padrenuestro. Gesner describió y comparó “la totalidad de las cientos treinta lenguas del mundo”. Por primera vez, se incluyó un vocabulario del lenguje Gitano.

Conrad Gesner (26/03/1516 – 13/12/1565), naturalista suizo, filólogo y bibliógrafo. Desde 1537 profesor de Lausana en 1541 un médico en Zurich, donde murió de la peste. El autor de Historias de animales (es decir, 1-5, 1551 a 1587) – la primera enciclopedia de zoología en el tiempo. Con base principalmente de la clasificación de Aristóteles, Gesner describió los animales en este orden: los animales de cuatro vivípara y ovípara, aves, peces y acuáticos, las serpientes y los insectos. Cada volumen de la materia se organiza en orden alfabético de los nombres de los animales y algunas formas conexas se agrupan en torno a un modelo único de un animal. Gessner trabajo desempeñado un papel importante en la difusión y sistematización de los conocimientos zoológicos. Durante más de 100 años, ha reimpreso varias veces y traducida. Gessner también ha recogido y estudiado las plantas. Ha publicado obras sobre filología. El autor de la primera colección de Trabajo bibliográfico universal Universal (1545-1555). Por ultimo, como arriba mencionamos, hizo un meritorio trabajo sobre las lenguas que se hablaban en el mundo.

No es de extrañar que en el libro se note la influencia heterogénea de quienes trabajaron en el. Los pasajes eruditos de Gesner, la posible ordenación básica de Wotton, las líricas…

La obra de Gesner se asocia con la de Aldrovandi, que también realizó una enciclopedia sobre animales. En cierto sentido, Aldrovandi es un Gesner llevado hasta el límite, pero hay un cambio de escenario, el Barroco italiano. Ulises Aldrovandi (1552-1605), nacido en Bolonia de una noble familia, viajó a través de Francia y España. estudiando en Padua y Bolonia, y en esta última fue nombrado profesor de medicina. Su cátedra y su posición como director del jardín botánico le sirvieron para enseñar sobre historia natural. El museo de curiosidades de Aldrovandi fue uno de los mayores de la época, con miles de pinturas, grabados, especímenes, un herbario y minerales. El pretendía realizar un teatro di natura, una representación de todo el mundo natural en un pequeño gabinete que reprodujera el macrocosmos y el microcosmos. Su teatro de la naturaleza contenía ocho mil ilustraciones, once mil animales, frutas y minerales, sy iete mil plantas disecadas. Tres de sus obras sobre animales fueron escritas por él, los tres volúmenes de Ornithologia (Bolonia, 1599, 1600, 1603), De animalibus insectis (1602), y, probablemente, De reliquis animalibus exanguis (editada póstumamente en 1606). El resto de su obra fue editada por su discípulo Cornelius Uterverius, y, tras su muerte, por Bartolomeo Ambrosino. Al igual que en Gesner, los relatos aldrovandinos de animales son un tesoro de resúmenes, anotaciones y paráfrasis procedentes de todo el ámbito del conocimiento. La masa de estos materiales está ordenada en varias categorías, muchas de las cuales fueron usadas por Gesner. La historia natural de Alrovandi ha sido definida como emblemática, y como resultado cada animal se convierte en el centro de múltiples asociaciones textuales y visuales.

Lástima que muchas de estas obras llegaran a nosotros muy deterioradas, o, no llegaron

                                                                              Zurich (Civitates Orbis Terrarum) y detalle del Froschau (Murerplan)

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No podemos perder de vista la Física de metales a muy bajas temperaturas. A estas temperaturas, los “fenómenos cuánticos” dan lugar  a efectos muy sorprendentes, que se describen con teorías cuánticas de campos, exactamente iguales a las que se utilizan en la Física de Partículas elementales. La Física de Partículas elementales no tiene nada que ver con la Física de Bajas Temperaturas, pero las matemáticas son muy parecidas.

En algunos materiales, el “campo” que se hace importante a temperaturas muy bajas podría ser el que describe como los átomos oscilan alrededor de sus posiciones de equilibrio, o el que describe a los electrones en este tipo de material. A temperaturas muy bajas nos encontramos con los “cuantos” de esos campos. Por ejemplo, el “fonón” es el cuanto del sonido. Su comportamiento recuerda al fotón, el cuanto de la luz, salvo que los números son muy diferentes: los fonones se propagan con la velocidad del sonido, a cientos o quizá miles de metros por segundo, y los fotones lo hacen a la velocidad de la luz que es de 299.792.458 m por segundo, ¡un millón de veces más deprisa! Las partículas elementales en las que estamos interesados generalmente tienen velocidades cercanas a la luz.

Uno de los “fenómenos cuánticos” más espectaculares que tienen lugar en los materiales muy fríos es la llamada superconductividad, fenómeno consistente en el hecho de que la resistencia que presenta ese material al paso de la corriente eléctrica se hace cero. Una de las consecuencias de este estado es que el material no admite la más mínima diferencia de potencial eléctrico, porque ésta sería inmediatamente neutralizada por una corriente eléctrica “ideal”. El material tampoco admite la presencia de campos magnéticos porque, de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, la creación del campo magnético está asociada con una corriente eléctrica inducida, que al no encontrar resistencia neutralizaría completamente el campo magnético. Por tanto, en el interior de un superconductor no se puede crear ni un campo eléctrico ni magnético. Esta situación sólo cambia si las corrientes inducidas son muy elevadas, como ocurre cuando se somete el superconductor a los campos de imanes muy potentes y que perturban el material. No siendo capaz de resistir una fuerza tan brutal, pierde la superconductividad y se rinde permitiendo la existencia de un campo magnético en su interior.

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