Nosotros sólo vemos tres dimensiones de Espacio y adjudicamos una cuarta dimensión al Tiempo. Sin embargo, hay teorías que nos hablan de otras dimensiones que, en la época del Big Bang, en lugar de expandirse se enrollaron en el límite de Planck.

Longitud de Planck

Su valor  1.616255(18)×10⁻³⁵ m^[

Tiempo de Planck, el límite más pequeño del universo.

Tiempo de Planck su valor 5.391247(60)×10⁻⁴⁴ s

Usado para describir los primeros instantes tras el Big Bang, entender el tiempo de Planck podría ser la clave para reunir, en una sola teoría, la relatividad y la física cuántica.

Si posees un cronómetro o en tu reloj o en tu teléfono, seguramente sepas lo sencillo que es medir 1 hora, 1 minuto o 1 segundo. Incluso, con temporizadores más especializados, no habría problema en medir una décima, una centésima o una milésima de segundo. Sin embargo, rangos de tiempo más pequeños, quizás se nos escapan de las escalas con las que trabajamos habitualmente en nuestro día a día. De hecho, ¿nunca te has preguntado cuál es el rango de tiempo más pequeño medible?

Esta idea ya había sido sugerida por Theodor Kaluza en 1919 y fue elaborada posteriormente por Oskar Klein en Estocolmo, Suiza. Pero descubrieron algo más: ¡la componente del campo gravitatorio en la dirección en la que se enrolla el espacio obedece de forma exacta a las mismas leyes que las del electromagnetismo de Maxwell!

¿Podría ser que el electromagnetismo no sea sino gravedad con una dimensión enrollada? Cuando Einstein oyó tal idea se entusiasmó con ella, pero pronto comprendió que con esa teoría no se podía predecir nada y la abandonó.

Los expertos en super-gravedad redescubrieron esta idea de Kaluza-Klein que operaba en cinco dimensiones. En realidad abrió las puertas de par en par para que se pudieran coger las dimensiones que hicieran falta: así entramos en el paraíso de las matemáticas donde podemos enrollar las cosas de muchas maneras diferentes.

Los componentes de los campos de fuerza gravitatoria en las direcciones enrolladas actúan como diferentes campos gauge. Se obtiene así, prácticamente por nada, no sólo el electromagnetismo sino también otras fuerzas gauge. El número mágico de dimensiones es once, tres de las cuales forman el espacio ordinario, una el tiempo, y las otras siete restantes están enrolladas. Haciendo ciertos trucos con los números, este sistema resulta tener una simetría mayor que nuestro viejo sistema espaciotemporal de cuatro dimensiones. Los campos y las partículas observadas ahora pueden ser fácilmente acoplados, ya que una simetría mayor significa que los indeseados infinitos se cancelan unos con otros con mayor perfección que antes.

Aquí, en este universo de once dimensiones, la mecánica cuántica y la relatividad general, no sólo no se rechazan, sino que se necesitan y complementan para formar un todo.

Puede ser que la supersimetría super-gravedad de dimensión once sólo sea, en el mejor de los casos, la punta de algo que, como un iceberg, esconda la parte más importante, y para verla al completo tengamos que continuar el trabajo.

Para algunos fue un alivio descubrir las primeras dificultados serias en esta teoría, al resultar que no era posible tener infinitos que se cancelasen en diagramas con más de siete lazos cerrados. La teoría (o mejor dicho, la especulación de que era un “teoría del todo”) se abandonó porque algo interesante, mucho más interesante, apareció en el horizonte.

La teoría de cuerdas

Gabriele Veneziano – Causalyte constraints on short distance modificartions os gravity

En realidad, la primera pista, el primer eslabón de la teoría de cuerdas tiene su origen en la prehistoria de la física de partículas: la década de 1960. En otros trabajos he hablado de Gabriele Veneziano; su juego con la fórmula para los mesones con interacción fuerte. Se necesitaron varios años para comprender que éstas eran exactamente las expresiones que se obtienen si se considera cada uno de estos mesones como un tipo de cuerda con un quark en un extremo y un anti-quark en el otro. Las cuerdas podían estirarse hasta el infinito debido a que el estiramiento les añade energía que se transforma en materia (E = mc²), esto es, más cuerdas.

La razón por la cual la fórmula de Veneziano describía tan bien las propiedades de los mesones es que ésta es una descripción muy acertada de los mismos, con la excepción de que las cuerdas no son infinitamente delgadas, sino que son gruesas al estar formadas por el entramado de las intensas líneas de fuerza entre los quarks. La fórmula de Veneziano pierde precisión a altas energías debido a las características propias de las escalas espaciales menores, donde vemos que los tubos de flujo producidos por la interacción fuerte dejan de parecerse a cuerdas. En lugar del modelo de Veneziano, fue la cromodinámica cuántica; esto es, la teoría gauge SU(3), la que fue investida con el honor de ser considerada la primera teoría para los mesones y los bariones.

Pero esto no implicó que las expresiones de Veneziano quedaran relegadas. ¿No se podría construir una teoría alternativa para algunos tipos de partículas consistente en “cuerdas” ideales irrompibles? En la década de los 70, los físicos empezaron a investigar si se podría mejorar la teoría de las cuerdas mutuamente interaccionantes.

En principio, la filosofía era sencilla. Hasta ahora todas las partículas en cualquier versión del Modelo Estándar han sido consideradas puntuales. Si un quark o un leptón se desvían del comportamiento puntual es simplemente porque aparecen rodeados por una tenue nube de otras partículas puntuales.

El siguiente concepto matemático después del “punto” es la “curva”, o simplemente alguna línea de forma arbitraria que se mueva en el espacio y en el tiempo de acuerdo con ciertas reglas. Se podría pensar, por intuición, que las interacciones entre objetos puntuales son poco naturales debido a que, ¿Cómo se pueden encontrar unas a otras? Exigir que las interacciones sólo tengan lugar cuando dos puntos coinciden exactamente debería conducir inevitablemente a infinitos, como de hecho sucede en las teorías de campo “ordinarias”. Es mucho más fácil que las curvas se encuentren en algún lugar y, consecuentemente, se dé algún tipo de proceso de intercambio.

Para las teorías de cuerdas más simples, este razonamiento no es correcto. Estas interacciones tienen lugar cuando dos puntos extremos se juntan, o cuando una cuerda se rompe. Utilizando los mismos argumentos de antes, esto no parece muy natural. Sin embargo, se logra una mejora en comparación con las teorías de partículas puntuales  siguiendo un proceso de interacción entre cuerdas en el espacio-tiempo (vemos cómo los diagramas de Feynman se reemplazan por diagramas de cuerda de un aspecto más elegante).

Pero la teoría de cuerdas no está terminada aún. Igual que las partículas elementales pueden producir “diagramas de lazo”, los diagramas de cuerda pueden también formar estructuras complicadas. Durante un proceso de intercambio, dos cuerdas interaccionan una vez más y entonces se obtienen diagramas como lo que se muestran en el anterior dibujo. Calcular los efectos de tales diagramas no fue una tarea sencilla y las reglas para realizar tales cálculos tuvieron que ser diseñados a partir de cero. De la misma manera que Richard Feynman había formulado las reglas de cálculo para los diagramas de lazo en las teorías gauge, se hizo necesario repetir ese proceso una vez más para la teoría de cuerdas. Los primeros resultados trajeron buenas y malas noticias.

Las buenas noticias eran que los odiados infinitos que obligaban a formular largos argumentos para formular las anteriores teorías cuánticas de campo habían desaparecido: en estas nuevas fórmulas se estaba tratando exclusivamente con saludables expresiones matemáticas “finitas”. Pero, ¿es esto realmente tan buena noticia?; ¿no habíamos aprendido a tratar los resultados aparentemente infinitos de las viejas teorías de campo? Todo lo que teníamos que hacer era ser cuidadosos para no hablar de las cosas que no podíamos observar, tales como “cargas desnudas” y “masas desnudas”, que en cualquier caso estaban mal definidas, pero que permitían hacer predicciones precisas que se podían comprobar experimentalmente, tal como las probabilidades de colisión. Bien; aparentemente la vida se hacía un poco más fácil para los teóricos de cuerdas, y como un extra, vemos que la teoría sigue siendo utilizable incluso si el espacio y el tiempo tienen más de las cuatro dimensiones usuales, al estilo Kaluza-Klein. En más de cuatro dimensiones, ninguna de las teorías cuánticas de campo estándar podían tratar con los infinitos resultantes, es decir, ninguna de ellas es re-normalizable. Las teorías de cuerda pueden ser convenientemente combinadas con los bonitos “juegos” de Kaluza-Klein.

                      Feynman y como se detectó el origen de la partícula fantasma

Las noticias malas estaban en que  las reglas de cálculo no funcionaban correctamente del todo. Igual que las teorías gauge, para las cuales Feynman había descubierto las partículas fantasmas, la teoría de cuerdas también resultó tener soluciones fantasmas. La única forma de evitarlas parecía consistir en la elección de parámetros de cuerda de una forma muy especial. Pero entonces aparecían diferentes tipos de soluciones que podían viajar más deprisa que la luz, lo que era igual de malo. Tales objetos tan rápidos serían una bendición para el escritor de ciencia-ficción; le permitiría ir de una a otra estrella rápidamente. Para un físico serio, tales partículas ultrarrápidas eran un auténtico dolor de cabeza: la relatividad especial prohíbe cualquier velocidad superior a la de la luz, c. Algunos autores poco escrupulosos se dejaron enredar en el cálculo de estas partículas fantasmas y las llamaron taquiones (del griego ταχύς, “rápido”). Pero de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica para partículas elementales, una teoría con taquiones implicaría que el vacío no sería estable. Una teoría así sería inútil.

Así las cosas, había mucho trabajo que hacer para buenos grupos de tenaces e incansables seguidores de la teoría de cuerdas, y allí estaban. Las matemáticas de esta teoría parecían demasiado bonitas como para no modificarlas, y el reto de mejorar la teoría para hacer desaparecer los taquiones era demasiado tentador como para ignorarlo. Es verdad que la teoría permitía soluciones que corresponden a pequeños trozos de cuerda que se mueven como taquiones, pero sólo hay unas pocas especies: una con espín 0 y una con espín 1. Se obtuvo algo más en recompensa: ¡resultó que había otras configuraciones de cuerda sin masa con espín 0, 1 y una con espín 2! Éstos no eran taquiones. La partícula sin masa con espín 1 resultó comportarse exactamente como un fotón gauge, y lo que era más sobresaliente, el objeto con espín 2 se comportaba exactamente como un gravitón. Sus interacciones imitaban la interacción gravitatoria. Desde un punto de vista físico, las razones de este resultado son bastante simples: la única estructura simétrica conocida de una teoría de partículas sin masa, de espín 2, que interaccionan, es la teoría de la gravedad; así de simple. No podía haber sido de otra forma, pero esto significaba que la teoría de cuerdas generaría automáticamente una fuerza gravitatoria, y las ecuaciones de Einstein estaban allí. La teoría de cuerdas explicaría no sólo todas las clases de partículas observadas, sino también la fuerza gravitatoria, y nuestro espacio-tiempo con protuberancias sería aparentemente una parte inevitable e integral de esta teoría.

   ¿Subyace en la Teoría de cuerdas, una teoría cuántica de la Gravedad?

Y sucedió que la teoría de cuerdas llegó a ser conocida como un posible candidato para una teoría que nos resolviera todas las dificultades existentes con la fuerza gravitatoria: de hecho, en esta teoría la fuerza gravitatoria está unificada a las demás interacciones. Esto es, sin embargo, una versión de la teoría de cuerdas que no tiene nada que ver con la versión de Veneziano, con la que él tenía en mente para describir los mesones y la interacción fuerte. Éstas son cuerdas que no tienen el tamaño de los protones o los piones; deben ser tan pequeñas como la longitud de Planck, que es aproximadamente 18 órdenes de magnitud menor (10^–33 cm). La intensidad de la tensión en estas cuerdas no es de 14 toneladas como en las cuerdas que conectan los quarks (los gluones), sino un número fantásticamente más grande (unos 36 ceros más). Sólo de esta forma podría la cuerda-gravitón reproducir una fuerza gravitatoria suficientemente débil.

                    Michael Green y John Schwarz

En 1984 llegaron de EE.UU. noticias entusiastas que pronto fueron confirmadas por numerosos investigadores afectados por una nueva epidemia de descubrimientos. John Schwarz junto con Michael Green, del Queen Mary College de la universidad de Londres, fueron orgullosos padres de un nuevo método para combatir los fantasmas. La respuesta era una elección muy especial de una infraestructura interna de simetría y todo en un espacio de dimensión 26. Veintidós de estas dimensiones tendrían que estar enrolladas según se prescribía en la teoría de Kaluza-Klein que ya hemos explicado en páginas anteriores. Las matemáticas fueron desarrolladas por un joven e ingenioso físico matemático de la universidad de Princeton, Edward Witten, que junto con Schwarz y Green escribió un libro en dos gruesos volúmenes sobre el tema. También se descubrió que debería haber supersimetría en esta cuerda, pero entonces el mundo de 26 dimensiones tendría que ser reemplazado con uno de diez dimensiones, de las cuales, desde luego, seis tendrían que estar enrolladas. La supersimetría estaba originada por el hecho de que también hubiera fermiones engarzados en esta cuerda, como las cuentas de un collar. Esta idea había estado rondando durante algún tiempo (después de todo, de alguna forma había que explicar la existencia de fermiones), pero el descubrimiento de que se podían eliminar simultáneamente todas las dificultades en esta cuerda de dimensión diez era algo nuevo.

Después de eso salió la teoría de la cuerda heterótica de David Gross y su equipo y otras modalidades hasta llegar a la teoría M de Witten. Pero lo esencial en todas estas teorías es que, parecen pensamientos adelantados a su tiempo, ya que, no contamos con la energía necesaria para verificarlas.

La mayoría de los modos de vibración (y rotación) de una cuerda son muy pesados porque su masa es parecida a la masa de Planck (m_p =  = 10^–8 Kg ó 10¹⁹ GeV). Pero, debido en parte a la existencia de unas pocas dimensiones enrolladas, había un número considerable de soluciones a las ecuaciones de la cuerda que representan partículas con masa pequeña, que pudieron ser identificadas como varios tipos de partículas del modelo estándar. Otras, serian de una nueva generación desconocidas hasta ahora y que, incluso nos podrían dar una pista sobre la materia oscura.

¡Es todo tan complejo! ¡Sabemos tan poco!

Emilio Silvera V.

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De gas y polvo presente en las grandes nebulosas se forman las nuevas estrellas

Las estrellas son enormes aglomeraciones de gas, principalmente Hidrogeno, cuya temperatura es tan alta debido a la fusión de este elemento, que irradian luz a lo largo de todo el espectro electromagnético. Poseen diferentes temperaturas que varían desde los 2000 grados Celsius hasta los 50000.

De la misma forma que al calentar una pieza de metal cambia de color, al principio rojo, luego amarillo hasta llegar al blanco, el color de una estrella varia según su temperatura superficial. Las estrellas más frías son las rojas, y las mas calientes las azules. Estos colores suelen percibirse a simple vista, como por ejemplo Antares (la estrella principal de Scorpius) que es de color rojo, o Rigel (en Orión) de color azul. En astronomía se utiliza la escala Kelvin para indicar temperaturas, donde el cero absoluto es -273 grados Celsius.

 

                     

                       ¿De qué color son realmente las estrellas?

Dependiendo de la temperatura de su superficie, las azules son más calientes que las rojas que son las más frías aunque parezca contradictorio. Según el espectro electromagnético de la luz ultravioleta es mucho más intenso que que el espectro de la luz infrarroja. Así. el color azulado, implica radiaciones más intensas y energéticas  .

 

                                                  

                                       Algunas de las estrellas más brillantes del cielo

Para definir el color de una estrella, Johnson y Morgan (1950), crearon el sistema UBV (del inglés Ultravioleta, Azul, Visible). Las mediciones se realizaban mediante un fotómetro fotoeléctrico para medir la intensidad de la radiación el longitudes de onda específicas:

• Ultravioleta: 3000 Å a 4000 Å
• Azul: 3600 Å a 5500 Å
• Visual: 4800 Å a 6800 Å

Con estos datos se pudo crear una serie de escalas: (B-V), (U-B) y (B-V). Cuanto mayor el número, más roja es la estrella. Para ver ejemplos de índices de color de diferentes estrellas, visite la sección de estrellas variables.

La tabla a continuación muestra el espectro electromagnético, con sus longitudes de onda.

Denominación	Longitud de Onda
Rayos Gamma	0.00000007 a 0.001 Å
Rayos X	0.001 a 100 Å
Luz Ultravioleta	100 a 3900 Å
Luz Visible	3900 a 7500 Å
Luz Infrarroja (fotográfica)	7500 a 15000 Å
Infrarrojo Cercano	15000 a 200000 Å
Infrarrojo Lejano	0.002 a 0.1 cm.
Microondas (ondas de radar)	0.1 a 250 cm.
Frecuencias elevadas (televisión)	2.5 a 15 m.
Onda corta de radio	15 a 180 m.
Banda de control aeronáutico	750 a 1500 m.
Onda larga de radio	1500 m en adelante

Las escalas son las siguientes:

1 Å (Ångstron) = 1×10^-8 cm (centímetros) = 1×10^-10 m (metros)

 

El ojo humano solo es capaz de percibir la pequeña porción que corresponde a la luz visible, situada entre los 3900 Å y 7500 Å, donde la menor se encuentra cerca del violeta y la mayor del rojo. El Sol emite en todas las longitudes de onda, pero solo llegan a la superficie una pequeña porción de estas, las demás son frenadas por la atmósfera: el ozono absorbe las mas altas longitudes de onda hasta el ultravioleta, y el vapor de agua absorbe gran parte de las infrarrojas.

 

En el Observatorio de la Universidad de Harvard, uno de los principales centros de la monótona pero prometedora tarea de la taxonomía estelar, las placas fotográficas que mostraban los colores y espectros de decenas de miles de estrellas se apilaban delante de “calculadoras”, mujeres solteras, la mayoría, empleadas como miembros del personal de una facultad que les impedía asistir a clases u obtener un título.

 

                                       

Una de esas mujeres, Henrietta Leavitt (arriba), fue la investigadora pionera de las estrellas variables cefeidas que tan útiles serían a Shapley y Hubble, ella fue una de esas “calculadoras” de Harvard que, se encargaban de examinar las placas y registrar los datos en una pulcra escritura victoriana para su compilación en volúmenes como el Henry Draper Catalog, así llamado en honor al primer astro-fotógrafo y físico que tomó las primeras fotografías del espectro de una estrella. Como presos que marcan el paso de los días en los muros de su celda, señalaban su progreso en totales de estrellas catalogadas.

                                                

                                                                   

Antonia Maury, sobrina de Draper, contaba que había clasificado los espectros de más de quinientas mil estrellas. Su labor era auténticamente baconiana, del tipo que Newton y Darwin instaban a hacer pero raramente hicieron ellos, y las mujeres se enorgullecían de ella. Como afirmaba la “calculadora” de Harvard Annie Jump Cannon: “Cada dato es un facto valioso en la imponente totalidad”.

Precisamente fue Cannon quien,  en 1915, empezó a discernir la forma de esa totalidad, cuando descubrió que la mayoría de las estrellas pertenecían a una de media docena de clases espectrales distintas. Su sistema de clasificación (ahora generalizado en la astronomía estelar), ordena los espectros por color, desde las estrellas O blanco-azuladas, pasando por las estrellas G amarillas como el Sol, hasta las estrellas rojas M. Era un rasgo de simplicidad debajo de la asombrosa variedad de las estrellas.

 

                                                              

Pronto se descubrió un orden más profundo, en 1911, cuando el ingeniero y astrónomo autodidacto danés Ejnar Hertzsprung analizó los datos de Cannon y Maury de las estrellas de dos cúmulos, Las Híades y las Pléyades. Los cúmulos como estos son genuinos conjuntos de estrellas y no meras alineaciones al azar; hasta un observador inexperimentado salta entusiasmado cuando recorre con el telescopio las Pléyades, con sus estrellas color azul verdoso enredadas en telarañas de polvo de diamante, o las Híades, cuyas estrellas varían en color desde el blanco mate hasta el amarillo apagado.

 

                                              

                                                                  Las Pléyades

                                                

                                                                             Las Híades

Puesto que puede suponerse que todas las estrellas de un cúmulo están a la misma distancia de la Tierra, toda diferencia observada en sus magnitudes aparentes pueden atribuirse, no a una diferencia en las distancias, sino en las magnitudes absolutas. Hertzsprung aprovechó este hecho para utilizar los cúmulos como muestras de laboratorio con las que podía buscar una relación entre los colores y los brillos intrínsecos de las estrellas. Halló tal relación: la mayoría de las estrellas de ambos cúmulos caían en dos líneas suavemente curvadas. Esto, en forma de gráfico, fue el primer esbozo de un árbol de estrellas que desde entonces ha sido llamado diagrama Hertzsprung-Russell. Claro, como cabía esperar, la aplicabilidad del método pronto se amplió también a estrellas no pertenecientes a cúmulos.

                      

                                    Henry Norris Russell. Astrofísico estadounidense

 Henry Norris Russell, un astrofísico de Princeton con un enciclopédico dominio de su campo, pronto se puso a trabajar justamente en eso. Sin conocer siquiera el trabajo de Hertzsprung, Russell diagramó las magnitudes absolutas en función de los colores, y halló que la mayoría están a lo largo de una estrecha zona inclinada: el tronco del árbol de estrellas. El árbol ha estado creciendo desde entonces y hoy, está firmemente grabado en la conciencia de todos los astrónomos estelares del mundo. Su tronco es la “serie principal”, una suave curva en forma de S a lo largo de la cual se sitúan entre el 80 y el 90 por 100 de todas las estrellas visibles. El Sol, una típica estrella amarilla, está en la serie principal a poco menos de la mitad del tronco hacia arriba. Una rama más fina sale del tronco y crece hacia arriba y a la derecha, donde florece en un ramillete de estrellas más brillantes y más rojas: las gigantes rojas. Debajo y a la izquierda hay una cantidad de mantillo de pálidas estrellas entre azules y blancas: las enanas.

 

                         

                                   El Diagrama de  Hertzsprung-Russell resumido

Este diagrama proporcionó a los astrónomos un registro congelado de la evolución, el equivalente astrofísico del registro fósil que los geólogos estudian en los estratos rocosos. Presumiblemente, las estrellas evolucionan de algún modo, pasan la mayor parte de su tiempo en la serie principal (la mayoría de las estrellas en la actualidad, en el brevísimo tiempo que tenemos para observar, se encuentran allí), pero empiezan y terminan su vida en alguna otra parte, entre las ramas o en el mantillo. Por supuesto, no podemos esperar para ver que esto sucede, pues el tiempo de vida, aun de estrellas de vida corta, se mide en millones de años. Hallar las respuestas exigirá conocer toda la física del funcionamiento estelar.

El progreso de la Física, mientras tanto, estaba bloqueado por una barrera aparentemente insuperable. Esto era literal: el agente responsable era conocido como la barrera de Coulomb, y por un tiempo frustró los esfuerzos de los físicos teóricos para comprender cómo la fusión nuclear podía producir energía en las estrellas…Pero eso, amigos, es otra historia que os contaré en otro momento.

Emilio Silvera V.

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En el Blog Taringa, me encuentro este trabajo que tenía olvidado.

 

 

Como no sabemos a ciencia cierta la verdadera naturaleza de muchas de las cosas que creemos conocer, se podría dar el caso de que, en el centro del núcleo atómico y dentro de un protón o un neutrón (agudicemos la imaginación), dos Quarks, estuvieran entablando la conversación siguiente:

 

_ Oye, amigo up, ¿no te cansas de estar aquí confinado? ¿no te gustaría conocer qué mundo puede haber fuera de éste nuestro tan reducido en el que vivimos?

_ Pues, si te digo la verdad, estimado down, si que estoy un poco frustrado de que, los persistentes Gluones, no me dejen alejarme mucho de la demarcación estipulada por la libertad asintótica. Y, si te he de ser sincero, preferiría mirar el mundo que, según indicios que me han llegado, es mucho mayor de lo que nosotros podemos contemplar.

 

 

 

_ Llevas toda la razón, a veces me desespera este “mar” de gluones que nos agarra impidiéndonos salir al exterior misterioso. ¿Qué cosas podríamos contemplar ahí fuera?

_ ¡Os queréis callar! (Dijo un protón) Con vuestra charla me estáis distrayendo y no puedo solucionar el problema que me he planteado de sí, en realidad, uno de ustedes puede ser más masivo que yo. Teniendo en cuenta que estoy conformado de tres de ustedes, ¿Cómo es posible que uno sólo pueda ser más masivo si estuviera en estado libre?

 

_ Que pregunta más tonta, amigo protón, a estas alturas deberías saber que nadie sabe cuál es la masa de los quarks, ya que ningún quark puede ser observado de forma libre. Solo conocemos de forma precisa la masa del quark top (cima), ya que su gran masa hace que el error relativo en la medida permita un error absoluto pequeño. Sin embargo, muchos proclaman el descubrimiento de fórmulas matemáticas que permiten calcular la masa de todas (o casi todas) las partículas elementales (leptones y quarks). Pero, centrándonos en la pregunta que te atormenta, sí te puedo decir que, al menos en teoría, la masa del Quarks es mayor que la del Protón, toda vez que la energía potencial que se le atribuye si estuviera en estado libre, sería mayor que la tuya.

 

Le dice un Quarks Up a otro Down ( viven en las entrañas de los hadrones (protones y neutrones):

_ Sí, eso me temía. Hemos podido constatar que, ahí fuera, hay seres que se interesan por nosotros y últimamente, nos meten en máquinas enormes para hacernos chocar los unos contra los otros buscando qué puede haber dentro de nosotros. ¿Por qué lo harán? ¿Qué pueden conseguir con destruirnos?

 

 

_ Nuestra familia que está compuesta por tres generaciones, sabe que, esos extraños seres han llegado a conseguir, en sus estudios sobre nosotros que, los quarks (así nos llaman), somos partículas elementales y que os formamos a vosotros los protones y neutrones, hasta ahora habíamos sido notablemente difíciles de detectar, y aún más de pesar. Un grupo de investigación ha calculado, con un pequeño margen de error, la masa (expresada en su valor energético) de tres de nosotros, los quarks más ligeros, y por tanto más escurridizos: Up, Down y StEstas tres partículas conforman los átomos y, en relación a los hadrones situados en el núcleo atómico y por eso denominados nucleones, están conformados por tripletes de Quarks, 2 up y 1 down los protones y 2 down y 1 up los neutrones que están allí confinados merced a la fuerza nuclear fuere y atados por el intercambio de Gluones, la partícula portadoras de la fuerza que son Bosones, dicen que todas las fuerzas tienen su partícula mediadora y la de la luz y las radiaciones es el llamado Fotón.

_ Según parece, el resultado obtenido por estos experimentos, es que, el quark up pesa aproximadamente 2 Mega-electronvoltios (MeV), el quark down pesa alrededor de 4,8 MeV, y el quark strange pesa cerca de 92 MeV.

_ Bueno, lo cierto es que, junto con los que ellos llaman electrones conformamos toda la materia conocida (según les he podido oír comentar) y, al parecer, carecen de las herramientas necesarias que les permita llegar más lejos de nosotros, y, por tal motivo, desconocen a las pequeñas briznas luminosas y vibrantes de las que, nosotros los quarks, estamos hechos, y que los seres que nos estudian llaman “cuerdas” y, no tienen, en sus máquinas, la energía necesaria para llegar hasta ellas. Así que, están dando palos de ciego y teorizando no sin desbarrar en más de una ocasión pero, son tan persistentes que, terminarán conociendo la verdadera estructura del átomo y, en definitiva de la materia. ¡Qué gente tan extraña! Parece como si sólo supieran hacer preguntas.

 

 

Los físicos estudian las partículas subatómicas y lo que llaman mesones están conformados por dos Quarks, es decir, un quark y un anti-quark.

                  quark–antiquark.

_ Sí, eso parecen esos extraños seres que llaman humanos, ellos nos estudian a nosotros y no son conscientes de que nosotros, de la misma manera, podemos estudiarlos a través de las ondas electromagnéticas que emiten sus cerebros pensantes que, están determinados a llegar hasta el fondo de los Quarks. Bueno, también de los protones y Neutrones lo quieren saber todo y, de hecho, han llegado a saber muchas de sus peculiaridades y de los parámetros que los conforman, los llaman bariones y lo clasifican en la familia de los hadrones, y, al mismo tiempo, dicen que son fermiones con unas características determinadas distintas a la de los mesones, y, además, como forman parte del núcleo del átomo, lo llaman también nucleones.

 

 

_ Sí, pero estos bariones, en realidad están supeditados a nosotros los Quarks. Según nos combinamos será un protón o un neutrón. Existe otra diferencia entre el protón y el neutrón: dependiendo de qué combinación de quarks forma un hadrón, éste puede ser más o menos estable. Por ejemplo, ya dijimos que un protón libre podría no ser estable, pero de ser inestable su vida media probablemente es mucho mayor que la edad actual del Universo.

 

 

_ Sin embargo, debido a la combinación de quarks que forman el neutrón, un neutrón libre (no asociado al núcleo de un átomo) tiene una vida mucho más corta: unos 15 minutos. Ésa es la razón de que puedas encontrar muchos protones libres en el Universo (núcleos de hidrógeno sin el electrón), pero es muy difícil ver neutrones libres más de unos minutos. Cuando un neutrón se desintegra, lo hace en un protón, un electrón y un antineutrino.

 

 

 

_ Debido a que un neutrón libre sólo permanece como tal durante un cuarto de hora, es difícil disponer de ellos (a diferencia de otras partículas): hay que generarlos según se necesitan. La mayor parte de ellos se obtienen de reacciones nucleares espontáneas de elementos radiactivos, que sufren la fisión de forma natural (como el polonio o el radio), emitiendo neutrones en el proceso.

_ ¡Y los neutrones libres son muy peligrosos! De hecho, es uno de los productos de la desintegración radiactiva más peligrosos que hay. Piensa que otras partículas emitidas en las reacciones nucleares, como los electrones, aunque son peligrosas, son fáciles de parar. Las partículas cargadas, en cuanto entran en contacto con un medio material más o menos denso, empiezan a desviarse (debido a la fuerza eléctrica), a ionizar átomos arrancando electrones que se llevan parte de la energía y se mueven en otra dirección. Es decir, la energía de esas partículas se disipa relativamente rápido.

 

                                          Los del LHC tratan de buscar a los Quarks

 

_ Por eso, si vas a estar en un lugar en el que puede haber emisión de protones o electrones, un recubrimiento de plomo es una protección muy buena. De hecho, al ser un metal también absorbe muy bien los fotones, de modo que protege contra muchas clases de emisiones radiactivas (alfa, beta y gamma). Pero, ¿y los neutrones?

Al ser neutros, la única manera de que pierdan su energía es que choquen de cabeza con el núcleo de otro átomo. Por lo tanto, la protección contra neutrones requiere un espesor relativamente grande: y además, la masa atómica del núcleo de los átomos no influye mucho en su capacidad para pararlos, pues los núcleos son tan minúsculos comparados con el espacio entre ellos que un aumento de tamaño (por ejemplo, plomo en vez de hidrógeno) apenas influye. La mayor parte de los escudos contra neutrones son paredes espesas de cemento o parafina.

 

_ Por supuesto, la mayor parte de los neutrones que puedan llegar a tu cuerpo te atraviesan, pero tú también actúas de “escudo”: y cuando un neutrón golpea el núcleo de un átomo de una base nitrogenada de tu ADN…bueno, las consecuencias pueden ser muy desagradables, salvo que la dosis no sea muy intensa y sea breve, y además tengas suerte.

 

 

_ Es decir, que los neutrones son partículas algo anodinas cuando están en el núcleo de un átomo, pero si están libres tienen una vida relativamente corta y que puede ser peligrosa…y todo por tener un quark down en vez de uno up.

– Ellos, esos seres, hablan de los misterios de lo que llaman Mecánica Cuántica en la que nos tienen inmersos para comprender nuestros comportamientos e interacciones, así como nos desenvolvemos en situaciones distintas. Alguno de estos seres se ha llegado a preguntar por los misterios de la Mecánica Cuántica y se han preguntado si serán capaces de desvelarlos alguna vez.

 

 

_ La verdad es que están hechos un verdadero lío, y, no saben que la materia, se construye sobre fundamentos frágiles. Sus grupos de los que ellos llaman los físicos, acaban de confirmar que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vació cuántico. Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interior de los protones y neutrones, que como sabéis son las partículas que aportan casi la totalidad de la masa a la materia común.

_ Hasta hace poco, los cálculos en lo que ellos llaman el enrejado QCD se concentraban en los gluones virtuales, e ignoraban otros componentes importantes del vacío como los pares de quarks y antiquarks virtuales.

 

 

¿Perdido pero interesado? Los quarks forman hadrones, que pueden ser bariones o mesones. Los bariones son partículas formadas por tres quarks de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Los mesones están formados por un quark y un antiquark de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Salvo el quark top (cuya vida media es demasiado corta para hadronizarse), todos los quarks pueden formar parte de los hadrones. El LHCb es el detector de partículas del LHC especializado en los hadrones formados por quarks b (bottom o beauty) de valencia.

 

 

 

LHCb

_ Los pares quark-anti-quark pueden emerger y transformar momentáneamente un protón en una partícula diferente y más exótica. De hecho, el verdadero protón es la suma de todas estas posibilidades sucediendo al mismo tiempo.

_ Nuestros parientes del vacío, los quarks virtuales hacen mucho más complicados los cálculos, implicando la utilización de una matriz de más de 10.000 billones de números, comenta el Quark up.

_ Down le responde: “No existe ninguna computadora en la Tierra que pueda almacenar una matriz numérica tan enorme en su memoria”. Así que han tenido que hacer algunos trucos para evaluar la masa de un protón”. No, si ingenio no se les puede negar.

 

 

La verdad es que ese ingenio al que te refieres (dice Up), es lo que los ha llevado a los experimentos, que tratan de suplir su falta de energía para llegar más lejos y para ello tratan de aproximarse a los experimentos que no pueden realizar mediante simulaciones informáticas que, bien planteadas, pueden ser muy reveladoras de lo que pudiera ser.

_ Eso permitirá a los físicos someter a prueba a la QCD y buscar sus efectos más allá de la física conocida. Por ahora, sus cálculos demuestran que la QCD describe partículas basadas en nosotros los quarks de forma precisa, y que la mayor parte de nuestra masa viene de quarks virtuales y gluones que burbujean en el vacío cuántico.

_ Me parece casi imposible que, estemos aprendiendo tanto de nosotros a través de los estudios que hacen unos seres que están tan alejados de nosotros, hasta el punto de no poderlos ver y que, gracias a las señales electromagnéticas que nos envían, hemos podido contactar, que son una maravilla.

 

 

_ Si, así es, y, además, creen que eso que ellos denominan el campo de Higgs hace también su pequeña contribución, dándonos masa a nosotros los quarks individuales, así como a los electrones y a otras varias partículas. Ese campo de Higgs también crea masa a partir del vacío cuántico, en forma de bosones virtuales de Higgs. De modo que si el “mostruo” que han creado, al que llaman el LHC confirma la existencia del bosón de Higgs (que tan familiar nos resulta a nosotros), eso significará que toda la realidad es virtual.

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Todos los seres vivos que han poblado la Tierra (el 99% que ya desapareció), el 1% que aún queda sobre ella, todos, sin excepción, están basados en el Carbono. Este elemento es el más idóneo para juntarse con otros y permite lo que otros no pueden. Los biólogos no niegan que en algún mundo por ahí fuera perdido puedan existir formas de vida basadas en el Silicio o en otros elementos. Sin embargo, no lo creen probable. El Universo es igual en todas partes, por muy lejos que se puedan encontrar sus regiones y sus distintas galaxias, en todas ellas, la Naturaleza se rige por cuatro fuerzas fundamentales y una serie de constantes universales. Eso nos lleva a emplear el sentido común y suponer que lo que pasa “allí” también es lo que pasa “aquí”.

Conforme a esa premisa, tenemos que suponer (sin negar ninguna otra posibilidad), que la vida en todo el Universo estará basada en el Carbono y, las formas, ,se suponen que serán y estarán acordes a la masa del planeta y la Gravedad que genere. Un planeta muy grande tendrá, seguramente insectos de un metro y sus pobladores inteligentes serán gorditos y pequeños.

¡Qué nos gusta especular!

Emilio Silvera V.

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Sobre la presencia de la Vida en el Universo, se ha hablado largo y tendido, ríos de tinta sobre millones de folios en blanco han tratado de explicar, cada cual a su manera, cómo pudo llegar la vida a nuestro planeta, y, posiblemente a muchos otros mundos en otras muchas galaxias. Lo cierto es que, a partir de la materia “inerte” se llegó hasta los pensamientos, la más asombrosa forma d4e vida inteligente, llegando al estadio de ser consciente de SER.

¿Cómo podemos explicar eso? ¡No podemos! Y, lo único que nos queda (como en otros tantos misterios), es el de conjeturar cómo podría haber sido tan asombroso acontecimiento y, para ello, nos agarramos a lo poco que sabemos y echamos mano de las fuerzas fundamentales y de las constantes universales que, si fueran de otra manera, la vida no estaría aquí y en otros muchos lugares presente.

Bueno, digo lo de otros muchos lugares porque sería absurdo pensar que solo en la Tierra existe la Vida.

En nuestra Galaxia se ha calculado que existen unos 30.000 millones de estrellas como el Sol. De esa inmensa cantidad de “soles”, no pocos cuentan con sus propios sistemas planetarios, y, de esos mundos, muchos habrán venido a situarse en la zona habitable de sus estrellas. En ese punto, recordamos que el universo es igual en todas partes, se rige por las mismas leyes y las mismas constantes en todas sus galaxias y regiones por lejanas que estén, y, así las cosas, todo lo que pasó “aquí” podrá haber sucedido “allí”.

La Química del Universo está fundamentado en elementos creados en en las estrellas, y, esos elementos se3 dispersan en enormes Nebulosas en los que se entremezclan para formar “ingredientes” fundamentales para la vida, y, todo eso, viene a buscar acomodo en los mundos que allí se forman, con lo cual, en las condiciones adecuadas, surgen las células replicantes precursoras de la vida con el paso del Tiempo y la evolución natural.

Sí, aunque parezca mentira, la vida es el resultado de la evolución de la materia “inerte” hasta los pensamientos. Así llegamos nosotros aquí, y, de la misma manera, habrán llegado otros seres inteligentes y diversas formas de vida a otros mundos.

Emilio Silvera V.

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