{"id":1894,"date":"2009-04-13T11:33:40","date_gmt":"2009-04-13T10:33:40","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1894"},"modified":"2009-04-13T11:33:40","modified_gmt":"2009-04-13T10:33:40","slug":"teorias-masas-particulas-dimensiones","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2009\/04\/13\/teorias-masas-particulas-dimensiones\/","title":{"rendered":"Teor\u00edas, masas, part\u00edculas, dimensiones…"},"content":{"rendered":"

Entre los te\u00f3ricos, el casamiento de la relatividad<\/a> general y la teor\u00eda cu\u00e1ntica es el problema central de la f\u00edsica moderna. A los esfuerzos te\u00f3ricos que se realizan con ese prop\u00f3sito se les llama “supergravedad”, “s\u00fapersimetr\u00eda”, “supercuerdas” “teor\u00eda M<\/a>” o, en \u00faltimo caso, “teor\u00eda de todo o gran teor\u00eda unificada”.<\/p>\n

Ah\u00ed tenemos unas matem\u00e1ticas ex\u00f3ticas que ponen de punta hasta los pelos de las cejas de algunos de los mejores matem\u00e1ticos del mundo (\u00bfy Perelman? \u00bfPor qu\u00e9 nos se ha implicado?).\u00a0 Hablan de 10, 11 y 26 dimensiones, siempre, todas ellas espaciales menos una que es la temporal.\u00a0 Vivimos en cuatro: tres de espacio (este-oeste, norte-sur y arriba-abajo) y una temporal. No podemos, ni sabemos o no es posible instruir, en nuestro cerebro (tambi\u00e9n tridimensional), ver m\u00e1s dimensiones. Pero llegaron Kaluza y Klein y compactaron, en la longitud de Planck<\/a> las dimensiones que no pod\u00edamos ver. \u00a1Problema solucionado!<\/p>\n

\u00bfQui\u00e9n puede ir a la longitud de Planck<\/a> para verlas?<\/p>\n

La puerta de las dimensiones m\u00e1s altas qued\u00f3 abierta y, a los te\u00f3ricos, se les regal\u00f3 una herramienta maravillosa.\u00a0 En el Hiperespacio, todo es posible.\u00a0 Hasta el matrimonio de la relatividad<\/a> general y la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, all\u00ed si es posible encontrar esa so\u00f1ada teor\u00eda de la Gravedad cu\u00e1ntica.<\/p>\n

<\/p>\n

As\u00ed que, los te\u00f3ricos, se han embarcado a la b\u00fasqueda de un objetivo audaz: buscan una teor\u00eda que describa la simplicidad primigenia que reinaba en el intenso calor del universo en sus primeros tiempos, una teor\u00eda carente de par\u00e1metros, donde est\u00e9n presentes todas las respuestas.\u00a0 Todo debe ser contestado a partir de una ecuaci\u00f3n b\u00e1sica.<\/p>\n

\u00bfD\u00f3nde radica el problema?<\/p>\n

El problema est\u00e1 en que la \u00fanica teor\u00eda candidata no tiene conexi\u00f3n directa con el mundo de la observaci\u00f3n, o no lo tiene todav\u00eda si queremos expresarnos con propiedad. La energ\u00eda necesaria para ello, no la tiene ni el nuevo acelerador de part\u00edculas LHC que mencion\u00e9 en p\u00e1ginas anteriores.<\/p>\n

La verdad es que, la teor\u00eda que ahora tenemos, el Modelo Est\u00e1ndar, concuerda de manera exacta con todos los datos a bajas energ\u00edas y contesta cosas sin sentido a altas energ\u00edas.<\/p>\n

\u00a1Necesitamos algo m\u00e1s avanzado!<\/p>\n

Se ha dicho que la funci\u00f3n de la part\u00edcula de Higgs<\/a> es la de dar masa a las Cuando su autor lanz\u00f3 la idea al mundo, result\u00f3 adem\u00e1s de nueva muy extra\u00f1a.\u00a0 El secreto de todo radica en conseguir la simplicidad: el \u00e1tomo resulto ser complejo lleno de esas infinitesimales part\u00edculas electromagn\u00e9ticas que bautizamos con el nombre de electrones<\/a>, result\u00f3 que ten\u00eda un n\u00facleo que conten\u00eda, a pesar de ser tan peque\u00f1o, casi toda la masa del \u00e1tomo.\u00a0 El n\u00facleo, tan peque\u00f1o, estaba compuesto de otros objetos m\u00e1s peque\u00f1os a\u00fan, los quarks<\/a> que estaban instalados en nubes de otras part\u00edculas llamadas gluones<\/a> y, ahora, queremos continuar profundizando, sospechamos, que despu\u00e9s de los quarks<\/a> puede haber algo m\u00e1s.<\/p>\n

Bueno, la idea nueva que surgi\u00f3 es que el espacio entero contiene un campo, el campo de Higgs<\/a>, que impregna el vac\u00edo<\/span> y es el mismo en todas partes. Es decir, que si miramos a las estrellas en una noche clara estamos mirando el campo de Higgs<\/a>.\u00a0 Las part\u00edculas influidas por este campo, toman masa.\u00a0 Esto no es por s\u00ed mismo destacable, pues las part\u00edculas pueden tomar energ\u00eda de los campos (gauge<\/a>) de los que hemos comentado, del campo gravitatorio o del electromagn\u00e9tico.\u00a0 Si llevamos un bloque de plomo a lo alto de la Torre Eiffel, el bloque adquirir\u00eda energ\u00eda potencial a causa de la alteraci\u00f3n de su posici\u00f3n en el campo gravitatorio de la Tierra.<\/p>\n

Como E=mc2<\/sup>, ese aumento de la energ\u00eda potencial equivale a un aumento de la masa, en este caso la masa del Sistema Tierra-bloque de plomo.\u00a0 Aqu\u00ed hemos de a\u00f1adirle amablemente un poco de complejidad a la venerable ecuaci\u00f3n de Einstein<\/a>.\u00a0 La masa, m, tiene en realidad dos partes.\u00a0 Una es la masa en reposo, m0<\/sub>, la que se mide en el laboratorio cuando la part\u00edcula est\u00e1 en reposo.\u00a0 La part\u00edcula adquiere la otra parte de la masa en virtud de su movimiento (como los protones<\/a> en el acelerador de part\u00edculas, o los muones<\/a>, que aumentan varias veces su masa cuando son lanzados a velocidades cercanas a c) o en virtud de su energ\u00eda potencial de campo. Vemos una din\u00e1mica similar en los n\u00facleos at\u00f3micos.\u00a0 Por ejemplo, si separamos el prot\u00f3n<\/a> y el neutr\u00f3n<\/a> que componen un n\u00facleo de deuterio<\/a>, la suma de las masas aumenta.<\/p>\n

Pero la energ\u00eda potencial tomada del campo de Higgs<\/a> difiere en varios aspectos de la acci\u00f3n de los campos familiares. La masa tomada de Higgs<\/a> es en realidad masa en reposo. De hecho, en la que quiz\u00e1 sea la versi\u00f3n m\u00e1s apasionante de la teor\u00eda del campo de Higgs<\/a>, \u00e9ste genera toda la masa en reposo.\u00a0 Otra diferencia es que la cantidad de masa que se traga del campo es distinta para las distintas part\u00edculas.<\/p>\n

Los te\u00f3ricos dicen que las masas de las part\u00edculas de nuestro modelo est\u00e1ndar miden con qu\u00e9 intensidad se acoplan \u00e9stas al campo de Higgs<\/a>.<\/p>\n

La influencia de Higgs<\/a> en las masas de los quarks<\/a> y de los leptones<\/a>, nos recuerda el descubrimiento por Pieter Zeeman, en 1.896, de la divisi\u00f3n de los niveles de energ\u00eda de un electr\u00f3n<\/a> cuando se aplica un campo magn\u00e9tico al \u00e1tomo.\u00a0 El campo (que representa metaf\u00f3ricamente el papel de Higgs<\/a>) rompe la simetr\u00eda del espacio de la que el electr\u00f3n<\/a> disfrutaba.<\/p>\n

Hasta ahora no tenemos ni idea de que reglas controlan los incrementos de masa generados por el Higgs<\/a> (de ah\u00ed la expectaci\u00f3n creada por el nuevo acelerador de part\u00edculas LHC). Pero el problema es irritante: \u00bfpor qu\u00e9 s\u00f3lo esas masas -Las masas de los W+<\/sup>, W–<\/sup>, y Z\u00ba<\/sup>, y el up, el down, el encanto, el extra\u00f1o, el top y el bottom, as\u00ed como los leptones<\/a> – que no forman ning\u00fan patr\u00f3n obvio?<\/p>\n

Las masas van de la del electr\u00f3n<\/a> 0’0005 GeV, a la del top, que tiene que ser mayor que 91 GeV.\u00a0 Deber\u00edamos recordar que esta extra\u00f1a idea (el Higgs<\/a>) se emple\u00f3 con mucho \u00e9xito para formular la teor\u00eda electrod\u00e9bil (Weinberg-salam).\u00a0 All\u00ed se propuso el campo de Higgs<\/a> como una forma de ocultar la unidad de las fuerzas electromagn\u00e9ticas y d\u00e9biles.\u00a0 En la unidad hay cuatro part\u00edculas mensajeras sin masa -los W+<\/sup>, W–<\/sup>, Z\u00ba <\/sup>y fot\u00f3n<\/a> que llevan la fuerza electrod\u00e9bil<\/a>.\u00a0 Adem\u00e1s est\u00e1 el campo de Higgs<\/a>, y, r\u00e1pidamente, los W y Z chupan la esencia de Higgs<\/a> y se hacen pesados; el fot\u00f3n<\/a> permanece intacto. La fuerza electrod\u00e9bil<\/a> se fragmenta en la d\u00e9bil (d\u00e9bil porque los mensajeros son muy gordos) y la electromagn\u00e9tica, cuyas propiedades determina el fot\u00f3n<\/a>, carente de masa.\u00a0 La simetr\u00eda se rompe espont\u00e1neamente, dicen los te\u00f3ricos.\u00a0 Prefiero la descripci\u00f3n seg\u00fan la cual el Higgs<\/a> oculta la simetr\u00eda con su poder dador de masa.<\/p>\n

Las masas de los W y el Z se predijeron con \u00e9xito a partir de los par\u00e1metros de la teor\u00eda electrod\u00e9bil. Y las relajadas sonrisas de los f\u00edsicos te\u00f3ricos nos recuerdan que Gerard ^t Hooft y Veltman dejaron sentado que la teor\u00eda entera esta libre de infinitos.<\/p>\n

Pero, encierra tantos misterios la materia que, a veces me hace pensar en que la podr\u00edamos denominar de cualuquier manera menos de inerte \u00a1Parece que la materia est\u00e1 viva!<\/p>\n

Son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas.<\/p>\n

El electr\u00f3n<\/a> y el positr\u00f3n son notables por sus peque\u00f1as masas (s\u00f3lo 1\/1.836 de la del prot\u00f3n<\/a>, el neutr\u00f3n<\/a>, el antiprot\u00f3n<\/a> o antineutr\u00f3n<\/a>), y, por lo tanto, han sido denominados leptones<\/a> (de la voz griega lentos, que significa “delgado”).<\/p>\n

Aunque el electr\u00f3n<\/a> fue descubierto en 1.897 por el f\u00edsico brit\u00e1nico Josepth John Thomson (1856-1940), el problema de su estructura, si la hay, no est\u00e1 resuelto.\u00a0 Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9,1093897 (54) x 10-31 <\/sup>Kg la primera y, 1,602 177 33 (49) x 10-19<\/sup> culombios, la segunda, y tambi\u00e9n su radio cl\u00e1sico: r0<\/sub> = e2<\/sup>\/mc2<\/sup><\/em> = 2’82 x 10-13<\/sup> m. No se ha descubierto a\u00fan ninguna part\u00edcula que sea menos cursiva que el electr\u00f3n<\/a> (o positr\u00f3n) y que lleve\u00a0 una carga el\u00e9ctrica, sea lo que fuese (sabemos como act\u00faa y c\u00f3mo medir sus propiedades, pero aun no sabemos qu\u00e9 es), tenga asociada un m\u00ednimo de masa, y que esta es la que se muestra en el electr\u00f3n<\/a>.<\/p>\n

Lo cierto es que, el electr\u00f3n<\/a>, es una maravilla en s\u00ed mismo.\u00a0 El Universo no ser\u00eda como lo conocemos si el electr\u00f3n<\/a> (esa cosita “insignificante”), fuese distinto a como es, bastar\u00eda un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudi\u00e9ramos estar aqu\u00ed ahora.<\/p>\n

\u00a1No por peque\u00f1o, se es insignificante!<\/p>\n

Record\u00e9moslo, todo lo grande est\u00e1 hecho de cosas peque\u00f1as.<\/p>\n

En realidad, existen part\u00edculas que no tienen en absoluto asociada en ellas ninguna masa (es decir, ninguna masa en reposo).\u00a0 Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9ticas se comportan como part\u00edculas (Einstein<\/a> en su efecto fotoel\u00e9ctrico y De Broglie en la difracci\u00f3n de electrones<\/a>*<\/a>.<\/p>\n

Esta manifestaci\u00f3n en forma de part\u00edculas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda se denomina fot\u00f3n<\/a>, de la palabra griega que significa “luz”.<\/p>\n

El fot\u00f3n<\/a> tiene una masa de 1, una carga el\u00e9ctrica de o, pero posee un esp\u00edn<\/a> de 1, por lo que es un bos\u00f3n<\/a>. \u00bfC\u00f3mo se puede definir lo que es el esp\u00edn<\/a>? Los fotones<\/a> toman parte en las reacciones nucleares, pero el esp\u00edn<\/a> total de las part\u00edculas implicadas antes y despu\u00e9s de la reacci\u00f3n deben permanecer inmutadas (conservaci\u00f3n del esp\u00edn<\/a>).\u00a0 La \u00fanica forma que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones<\/a> radica en suponer que el fot\u00f3n<\/a> tiene un esp\u00edn<\/a> de 1. El fot\u00f3n<\/a> no se considera un lept\u00f3n<\/a>, puesto que este termino se reserva para la familia formada por el electr\u00f3n<\/a>, el mu\u00f3n<\/a> y la part\u00edcula Tau con sus correspondientes neutrinos<\/a>: Ve<\/sub>, Vu<\/sub> y VT.<\/sub><\/p>\n

Existen razones te\u00f3ricas para suponer que, cuando las masas se aceleran (como cuando se mueven en \u00f3rbitas el\u00edpticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energ\u00eda en forma de ondas gravitacionales.\u00a0 Esas ondas pueden as\u00ed mismo poseer aspecto de part\u00edcula, por lo que toda part\u00edcula gravitacional recibe el nombre de gravit\u00f3n<\/a>.<\/p>\n

La fuerza gravitatoria es mucho, mucho m\u00e1s d\u00e9bil que la fuerza electromagn\u00e9tica<\/a>.\u00a0 Un prot\u00f3n<\/a> y un electr\u00f3n<\/a> se atraen gravitacionalmente con s\u00f3lo 1\/1039<\/sup> de la fuerza en que se atraen electromagn\u00e9ticamente. El gravit\u00f3n<\/a> (a\u00fan sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energ\u00eda que el fot\u00f3n<\/a> y, por tanto, ha de ser inimaginablemente dif\u00edcil de detectar.<\/p>\n

De todos modos, el f\u00edsico norteamericano Joseph Weber emprendi\u00f3 en 1.957 la formidable tarea de detectar el gravit\u00f3n<\/a>.\u00a0 Lleg\u00f3 a emplear un par de cilindros de aluminio de 153 cm. De longitud y 66 de anchura, suspendidos de un cable en una c\u00e1mara de vac\u00edo.\u00a0 Los gravitones<\/a> (que ser\u00edan detectados en forma de ondas), desplazar\u00edan levemente esos cilindros, y se emple\u00f3 un sistema para detectar el desplazamiento que llegare a captar la cienmillon\u00e9sima parte de un cent\u00edmetro.<\/p>\n

Las d\u00e9biles ondas de los gravitones<\/a>, que producen del espacio profundo, deber\u00edan chocar contra todo el planeta, y los cilindros separados por grandes distancias se ver\u00e1n afectados de forma simult\u00e1nea.\u00a0 En 1.969, Weber anunci\u00f3 haber detectado los efectos de las ondas gravitatorias.\u00a0 Aquello produjo una enorme excitaci\u00f3n, puesto que apoyaba una teor\u00eda particularmente importante (la teor\u00eda de Einstein<\/a> de la relatividad<\/a> general).\u00a0 Desgraciadamente, nunca se pudo comprobar mediante las pruebas realizadas por otros equipos de cient\u00edficos que duplicaran el hallazgo de Weber.<\/p>\n

De todas formas, no creo que, a estas alturas, nadie pueda dudar de la existencia de los gravitones<\/a>, el bos\u00f3n<\/a> mediador de la fuerza gravitatoria.\u00a0 La masa del gravit\u00f3n<\/a> es o, su carga es o, y su esp\u00edn<\/a> de 2.\u00a0 Como el fot\u00f3n<\/a>, no tiene antipart\u00edcula, ellos mismos hacen las dos versiones.<\/p>\n

Tenemos que volver a los que posiblemente son los objetos m\u00e1s misteriosos de nuestro Universo: Los agujeros negros<\/a>.\u00a0 Si estos objetos son lo que se dice (no parece que se pueda objetar nada en contrario), seguramente ser\u00e1n ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravit\u00f3n<\/a>.<\/p>\n

La onda gravitacional emitida por el agujero negro<\/a> produce una ondulaci\u00f3n en la curvatura del espacio-temporal que viaja a la velocidad de la luz transportada por los gravitones<\/a>.<\/p>\n

Hay aspectos de la f\u00edsica que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transporta de este mundo material nuestro a otro fascinante donde residen las maravillas del Universo.\u00a0 Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cu\u00e1ntica. La longitud de Planck<\/a>-Wheeler,\u00a0\"limite_planck\" es la escala de longitud por debajo de la cual el espacio tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cu\u00e1ntica.\u00a0 El tiempo de Planck<\/a>-Wheeler (1\/c veces la longitud de Planck<\/a>-Wheeler o aproximadamente 10-43<\/sup> segundos), es el intervalo de tiempo m\u00e1s corto que puede existir; si dos sucesos est\u00e1n separados por menos que esto, no se puede decir cu\u00e1l sucede antes y cu\u00e1l despu\u00e9s. El \u00e1rea de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck<\/a>-Wheeler, es decir, 2,61×10-66<\/sup>cm2<\/sup>) juega un papel clave en la entrop\u00eda<\/a> de un agujero negro<\/a>.<\/p>\n

Me llama poderosamente la atenci\u00f3n lo que conocemos como las fluctuaciones de vac\u00edo, esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo (electromagn\u00e9tico o gravitatorio), que son debidas a un tira y afloja en el que peque\u00f1as regiones del espacio toman prestada moment\u00e1neamente energ\u00eda de regiones adyacentes y luego la devuelven.<\/p>\n

Ordinariamente, definimos el vac\u00edo como el espacio en el que hay una baja presi\u00f3n de un gas, es decir, relativamente pocos \u00e1tomos o mol\u00e9culas.\u00a0 En ese sentido, un vac\u00edo perfecto no contendr\u00eda ning\u00fan \u00e1tomo o mol\u00e9cula, pero no se puede obtener, ya que todos los materiales que rodean ese espacio tienen una presi\u00f3n de vapor finita.\u00a0 En un bajo vac\u00edo, la presi\u00f3n se reduce hasta 10-2 <\/sup>pascales, mientras que un alto vac\u00edo tiene una presi\u00f3n de 10-2<\/sup>-10-7<\/sup> pascales.\u00a0 Por debajo de 10-7<\/sup> pascales se conoce como un vac\u00edo ultraalto.<\/p>\n

No puedo dejar de referirme al vaciotheta<\/span> (vaci\u00f3 \u03b8) que, es el estado de vac\u00edo de un campo gauge<\/a> no abeliano (en ausencia de campos fermi\u00f3n<\/a>icos y campos de Higgs<\/a>).<\/p>\n

En el vac\u00edo theta<\/a> hay un n\u00famero infinito de estados degenerados con efecto t\u00fanel entre estos estados.\u00a0 Esto significa que el vac\u00edo theta<\/a> es an\u00e1logo a una fund\u00f3n de Bloch*<\/a> en un cristal.<\/p>\n

Se puede derivar tanto como un resultado general o bien usando t\u00e9cnicas de instant\u00f3n.\u00a0 Cuando hay un fermi\u00f3n<\/a> sin masa, el efecto t\u00fanel entre estados queda completamente suprimido.<\/p>\n

Cuando hay campos fermi\u00f3n<\/a>icos con masa peque\u00f1a, el efecto t\u00fanel es mucho menor que para campos gauge<\/a> puros, pero no est\u00e1 completamente suprimido.<\/p>\n

Nos podr\u00edamos preguntar miles de cosas que no sabr\u00edamos contestar.\u00a0 Nos maravillan y asombran fen\u00f3menos naturales que ocurren ante nuestros ojos pero que tampoco sabemos, en realidad, a que son debidos.\u00a0 Si, sabemos ponerles etiquetas como, por ejemplo, la fuerza nuclear d\u00e9bil<\/a>, la fisi\u00f3n espont\u00e1nea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio y, con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transur\u00e1nidos.<\/p>\n

A medida que los n\u00facleos se hacen m\u00e1s grandes, la probabilidad de una fisi\u00f3n espont\u00e1nea aumenta.\u00a0 En los elementos m\u00e1s pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el m\u00e9todo m\u00e1s importante de ruptura, sobre pasando a la emisi\u00f3n de part\u00edculas alfa<\/a>.<\/p>\n

emilio silvera<\/em><\/p>\n

\n

*<\/a> Dualidad onda part\u00edcula en el comportamiento del electr\u00f3n<\/a>, por ejemplo. Volver<\/a><\/p>\n

*<\/a> Teorema de Bloch: relativo a la M.C. de los Cristales, que estable que la funci\u00f3n de ondas \u03a8 (\u03c0)=exp (ik’\u03c0) U (\u03c0). Volver<\/a><\/p>\n

\r\n\t\t\r\n\t\t
<\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span>hotmail correo<\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span>[?]<\/a><\/span><\/td><\/tr><\/table><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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