{"id":3618,"date":"2011-02-03T08:51:05","date_gmt":"2011-02-03T07:51:05","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=3618"},"modified":"2011-03-02T08:51:49","modified_gmt":"2011-03-02T07:51:49","slug":"nuevo-estado-de-la-materia","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2011\/02\/03\/nuevo-estado-de-la-materia\/","title":{"rendered":"Nuevo estado de la Materia"},"content":{"rendered":"

La hip\u00f3tesis de la existencia de la Materia de Quarks Extra\u00f1a, formada por quarks<\/a> u<\/em>, d<\/em> y s<\/em>, como el estado m\u00e1s fundamental de la materia (Bodmer 1971, Witten 1984), constituye una de las especulaciones m\u00e1s excitantes de la F\u00edsica del siglo XX. Si dicha hip\u00f3tesis fuese correcta, la materia de quarks<\/a> ser\u00eda absolutamente estable, conformar\u00eda el n\u00facleo de objetos compactos como las estrellas de neutrones<\/a> y podr\u00eda formar objetos a\u00fan m\u00e1s ex\u00f3ticos como las estrellas de Quarks.<\/p>\n

Debido al r\u00e9gimen de alta densidad y baja temperatura al que se encuentran sometidas estas estrellas es posible que la interacci\u00f3n atractiva de los quarks<\/a>, a trav\u00e9s del intercambio de gluones<\/a>, favorezca la aparici\u00f3n de una fase superconductora de \u201ccolor\u201d, modificando significativamente la ecuaci\u00f3n de estado del sistema.<\/p>\n

As\u00ed, las estrellas de quarks<\/a> y los n\u00facleos de objetos compactos, donde las densidades de part\u00edculas son extremadamente grandes (varias veces la densidad de equilibrio nuclear) y los campos magn\u00e9ticos extraordinariamente intensos (1017<\/sup> – 1019<\/sup> G), ser\u00edan candidatos naturales para la \u201cverificaci\u00f3n\u201d de la existencia de la superconductividad de color.<\/p>\n

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Hace ya tres d\u00e9cadas que T.D. Lee (Premio Nobel de F\u00edsica) y G. Wick apuntaron la posibilidad de explorar una nueva F\u00edsica distribuyendo una densidad de materia nuclear grande o una densidad de energ\u00eda grande en un volumen relativamente grande. Ellos pretend\u00edan restablecer simetr\u00edas rotas del vac\u00edo f\u00edsico y crear nuevos estados anormales de materia nuclear densa.<\/p>\n

Enseguida se vio que la libertad asint\u00f3tica<\/a> en Cromodin\u00e1mica Cu\u00e1ntica (QCD), en aquel tiempo reci\u00e9n descubierta, implicaba la existencia de una forma de materia nuclear muy densa formada por Quarks y Gluones deconfinados, que posteriormente se llam\u00f3 plasma<\/a> de Quarks y Gluones.<\/p>\n

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Podemos entender la transici\u00f3n entre la materia nuclear ordinaria y un gas de quarks<\/a> y gluones<\/a> libres como un cambio en el n\u00famero de grados de libertad, ya sab\u00e9is que, precisamente la fuerza nuclear fuerte<\/a> est\u00e1 en el confinamiento de los quarks<\/a> que son retenidos por los ocho estados de color de los gluones<\/a> que dentro (por ejemplo) de un prot\u00f3n<\/a>, est\u00e1n confinados y, cuanto m\u00e1s se separan los quarks<\/a> los unos de los otros, m\u00e1s aumenta la fuerza nuclear para impedirlo (confinamiento de los quarks<\/a>) y, cuanto m\u00e1s se juntan, m\u00e1s d\u00e9bil es la fuerza. A decir verdad, es la \u00fanica fuerza de la naturaleza que crece con la distancia.<\/p>\n

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Pero continuemos con lo que nos interesa aqu\u00ed, A temperaturas por debajo de la temperatura cr\u00edtica (omito s\u00edmbolos, ecuaciones y otros enredos para el lector no versado), los quarks<\/a> y los gluones<\/a> no solamente est\u00e1n confinados en los Hadrones, sino que la simetr\u00eda quiral de QCD se rompe espont\u00e1neamente (un cambio r\u00e1pido sin discontinuidad). De esta manera, la b\u00fasqueda de QGP es importante no solo porque es la forma de la materia de QCD a alta temperatura o alta densidad bari\u00f3nica que estuvo presente durante los primeros microsegundos tras el Big Bang<\/a> y que puede existir en estrellas de neutrones<\/a>, sino porque nos proporciona informaci\u00f3n sobre el origen de la mayor parte de la masa ordinaria y sobre el confinamiento de quarks<\/a> y gluones<\/a>.<\/p>\n

En las \u00faltimas d\u00e9cadas se han realizado muchos experimentos orientados a la obtenci\u00f3n en laboratorio del QGP y, a partir de ahora, con el LHC en marcha en el CERN se espera que se alcancen energ\u00edas iguales a 5,5 TeV por nucle\u00f3n<\/a>. Todos los datos obtenidos de estos experimentos son del m\u00e1ximo inter\u00e9s y que ser\u00eda engorroso explicar aqu\u00ed por sus complejas estructuras en las que se observan una fuerte supresi\u00f3n de part\u00edculas producidas\u00a0 en las colisiones y que conducen a una saturaci\u00f3n de la multiplicidad por nucle\u00f3n<\/a> participante en la colisi\u00f3n, y un flujo el\u00edptico cuyo comportamiento y dependencia con la masa de las part\u00edculas es consistente con c\u00e1lculos hidrodin\u00e1micos que asumen que el sistema creado en la colisi\u00f3n se isotropiza muy r\u00e1pidamente.<\/p>\n

Todos estos resultados apuntan a la creaci\u00f3n de materia de alta densidad, con grados de libertad part\u00f3nicos (el part\u00f3n es una part\u00edcula puntual, casi libre, postulada como un componente de los nucleones<\/a>. El Modelo de partones permite entender los resultados de experimentos de muy alta energ\u00eda con nucleones<\/a>). El estado inicial de la colisi\u00f3n podr\u00eda describirse por modelos de saturaci\u00f3n de partones como el denominado Color Glass Condensate, que estar\u00eda pr\u00f3ximo a un estado termalizado que experimenta un flujo colectivo, descrito hidrodin\u00e1micamente como un fluido casi perfecto \u2013de muy baja viscosidad-. Debido a la existencia de este medio constituido por un fluido part\u00f3nico casi perfecto de muy alta densidad, la propagaci\u00f3n de part\u00edculas con momento transverso alto se modifica fuertemente respecto a su propagaci\u00f3n en el vac\u00edo.<\/p>\n

Como el art\u00edculo se pone muy denso, recordar\u00e9 aqu\u00ed aquella an\u00e9cdota del Premio Nobel que nombraba al principio de este trabajo, T. D. Lee.<\/p>\n

Resulta que Lee, viajaba en el metro de Nueva York. De pronto y de manera inesperada, fue abordado por su vecino de asiento, un jubilado que, asistiendo a clases nocturnas no se aclaraba con las matem\u00e1ticas del cuaderno que arrugaba entre sus manazas.<\/p>\n

Desesperado, se volvi\u00f3 a Lee y le pregunt\u00f3: \u00bfSabe algo de n\u00fameros? Y, al mismo tiempo, le tend\u00eda el maltrecho cuaderno y el l\u00e1piz.<\/p>\n

Lee (disfrutando del momento y de aquella situaci\u00f3n inusual en su vida), tom\u00f3 los elementos que le tend\u00eda aquel hombre, y, sin decir palabra, comenz\u00f3 a garabatear r\u00e1pidamente las soluciones a tan b\u00e1sicos problemas.<\/p>\n

Seguidamente y, tambi\u00e9n en silencio, le devolvi\u00f3 a aquel se\u00f1or los utensilios que aquel tom\u00f3 con ansiedad y, al ver que todo estaba hecho, mir\u00f3 a Lee y le agradeci\u00f3 la ayuda con una amplia sonrisa de complicidad.<\/p>\n

Claro que, lo que aquel buen hombre no sab\u00eda era que, hab\u00eda tenido la suerte de viajar en metro teniendo por compa\u00f1ero a un Premio Nobel de F\u00edsica que, adem\u00e1s, demostrando su categor\u00eda le prest\u00f3 la ayuda que necesitaba sin darle m\u00e1s importancia.<\/p>\n

La verdadera categor\u00eda de las personas quedan al descubierto en momentos as\u00ed. Otro m\u00e1s presuntuoso que Lee, en primer lugar ni habr\u00eda viajado en metro.<\/p>\n

Bueno, una vez relajados, volvamos al art\u00edculo que nos ocupa y que terminar\u00e9 diciendo que, las colisiones entre iones pesados a energ\u00edas ultrarelativistas constituyen la posibilidad experimental de crear en Laboratorio el Plasma de Quarks y Gluones. El estudio de este nuevo estado de la materia debe ayudar a la comprensi\u00f3n del fen\u00f3meno del confinamiento en la teor\u00eda de campos que nos explica la interacci\u00f3n fuerte. La Cromodin\u00e1mica Cu\u00e1ntica.<\/p>\n

Claro que el art\u00edculo no estar\u00eda completo sin que, de pasada, se hablar\u00e1 de la Quinta Fuerza.<\/p>\n

En estos \u00faltimos tres a\u00f1os, los f\u00edsicos se han movilizado para aclarar la posible existencia de una quinta fuerza que, de confirmarse, supondr\u00eda un duro golpe para la Mec\u00e1nica Cl\u00e1sica de Newton<\/a> y Galileo. La fuerza de la gravedad es una fuerza atractiva que se ejerce entre todas las part\u00edculas del Universo. Su alcance esinfinito pero su intensidad es muy d\u00e9bil. La interacci\u00f3n gravitacional entre un prot\u00f3n<\/a> y un electr\u00f3n<\/a> es 1036 veces m\u00e1s peque\u00f1a que la fuerza electromagn\u00e9tica<\/a> que los liga.<\/p>\n

La fuerza de gravitaci\u00f3n se ha considerado siempre independiente de la composici\u00f3n de la material. Galileo estableci\u00f3 que todos los cuerpos al caer est\u00e1n sometidos a la misma aceleraci\u00f3n;\u00a0 es decir, que en el vac\u00edo, una pluma de ave cae con la misma velocidad que una\u00a0 esfera de plomo. \u00bfPero es esto rigurosamente cierto? Seg\u00fan Fischbach, entre otros, cabe la posibilidad de que exista una quinta fuerza, llamada hipercarga, que, de alguna manera, se superpone a la de gravitaci\u00f3n. En otras palabras, esta quinta fuerza depende de la constituci\u00f3n at\u00f3mica de los objetos. Si esta fuerza es repulsiva, como afirma el citado Fischbach, ser\u00e1 tanto m\u00e1s intensa cuanto mayor es el n\u00famero bari\u00f3nico (suma del\u00a0 n\u00famero de protones<\/a> y neutrones<\/a> que componen su n\u00facleo at\u00f3mico (UNIFICACI\u00d3N, QUINTA FUERZA SUPERCUERDAS) , ocurriendo entonces que un trozo de aluminio deber\u00eda caer menos deprisa que uno de hierro, hecho que jam\u00e1s se ha observado. La existencia de la quinta fuerza conducir\u00eda entonces al hecho\u00a0 de que la masa gravitatoria (fuerza con la que la Tierra atrae a un\u00a0 cuerpo) es diferente de la\u00a0 masa inercia!\u00a0 o masa inerte\u00a0 (resistencia\u00a0 que el cuerpo opone a ponerse en movimiento por la acci\u00f3n de
\nuna fuerza cualquiera). A partir de 1985 se han ideado muy diversas experiencias llevadas a cabo en diferentes pa\u00edses y por f\u00edsicos de primer\u00edsima fila, muy ingeniosos todos ellos, pero ninguno ha puesto de manifiesto la posible presencia de esta \u00abmisteriosa quinta fuerza\u00bb. En agosto \u00faltimo se dieron a\u00a0 conocer los resultados de los realizados en Groelandia por los f\u00edsicos americanos Ander y Zumberger, que parecen indicar que, a medida que nos alejamos del suelo de la Tierra, en profundidad, la constante universal de la gravitaci\u00f3n, decrece un poco m\u00e1s deprisa de lo que quiere la teor\u00eda. En el momento se preparan nuevas \u00abexploraciones\u00bb que se van
\na realizar en las proximidades del Polo Sur, y las m\u00e1s esperanzadoras que se preparan a nivel de part\u00edculas en el CERN.<\/p>\n

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Los esc\u00e9pticos sobre la existencia de la quinta fuerza, explican que s\u00f3lo se trata de un avatar de la fuerza de la gravedad que implican, todo lo m\u00e1s, un reajuste de la ley de Newton<\/a> de las medidas efectuadas en las proximidades de la Tierra.<\/p>\n

En 1984, Schwarz y Green, creen haber conformado una curiosa teor\u00eda, que llaman de las supercuerdas. Para ellos, el \u00faltimo\u00a0 constituyente de la materia, concebida siempre como un punto sin\u00a0 dimensiones, se reemplaza por una cuerda. Las part\u00edculas que conocemos corresponder\u00edan a cuerdas en reposo, desprovistas de vibraciones y tan peque\u00f1as que har\u00edan falta 1035 de ellas para alcanzar la longitud de un cent\u00edmetro. La teor\u00eda concibe un mundo de\u00a0 \u00a110 dimensiones!, nueve espaciales y una temporal, pero no a la
\nescala at\u00f3mica, a la que estamos acostumbrados, sino a la escala\u00a0 de Planck que es unas diez millones de veces m\u00e1s peque\u00f1a. Se especula que en el instante inicial del Big-Bang las nueve dimensiones espaciales podr\u00edan haber estado presentes, pero incomprensiblemente cuando empez\u00f3 la explosi\u00f3n s\u00f3lo tres de ellas se expandieron. Dentro del orden cient\u00edfico, esta teor\u00eda, como cualquier otra que carece de la prueba experimental que la respalde, se puede aceptar como un orden natural del Universo. Alguien ha significado que la teor\u00eda se presenta como una sucesi\u00f3n extraordinaria\u00a0 de circunstancias y est\u00e1 dotada de una belleza y un rigor matem\u00e1- tico excelente. Tiene a su favor el \u00e9xito logrado al constituir el primer modelo convincente de la gravitaci\u00f3n cu\u00e1ntica.<\/p>\n

Para terminar, tomamos del libro de S. Weinberg, Part\u00edculas\u00a0 Subat\u00f3micas,\u00a0 el siguiente p’\u00e1rrafo: \u00abCuando el poeta William Blake necesit\u00f3 resumir la Ciencia en una l\u00ednea, habl\u00f3 de los \u00e1tomos\u00a0 de Dem\u00f3crito y las part\u00edculas de luz de Newton<\/a>. De la \u00e9poca griega de Dem\u00f3crito y Leucipo a la \u00e9poca de Blake y a la nuestra, la\u00a0 idea de part\u00edcula fundamental ha sido siempre emblema de la meta m\u00e1s ansiada de la Ciencia; comprender la complejidad de la\u00a0 Naturaleza en t\u00e9rminos sencillos.\u00bb<\/p>\n

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

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