{"id":5482,"date":"2013-03-24T04:10:28","date_gmt":"2013-03-24T03:10:28","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=5482"},"modified":"2013-03-24T08:40:12","modified_gmt":"2013-03-24T07:40:12","slug":"vamos-imparables-hacia-la-nueva-fisica","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2013\/03\/24\/vamos-imparables-hacia-la-nueva-fisica\/","title":{"rendered":"Vamos, imparables, hacia la nueva F\u00edsica"},"content":{"rendered":"

En nuestro Universo existen cosas extra\u00f1as que, seguramente, cuando sepamos m\u00e1s, sabremos su explicaci\u00f3n: \u00bfPor qu\u00e9 no hay anti-bariones primordiales en el Universo mientras que hay un bari\u00f3n<\/a> por cada mil millones de fotones<\/a>, dicho de otra manera, el origen de la materia. Claro que, para explicar este hecho necesitamos comprender como se comportaba nuestro Universo a temperaturas tan altas como un bill\u00f3n de grados.<\/p>\n

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\"cisne\"<\/p>\n

Las interacciones entre part\u00edculas elementales (interacciones electromagn\u00e9ticas, d\u00e9biles y fuertes) est\u00e1n clasificadas por su entidad (constantes de acoplamiento) y por las part\u00edculas “transportadoras” de las mismas (part\u00edculas de sp\u00edn = 1 0 bosones<\/a> de gauge<\/a>). Todas ellas est\u00e1n bellamente descritas por lo que se conoce habitualmente como Modelo Est\u00e1ndar de las interacciones electrod\u00e9biles y fuerte. Estamos deliberadamente dejando al margen las interacciones gravitatorias que, al menos a nivel cl\u00e1sico, est\u00e1n perfectamente descritas por la Teor\u00eda de la Gravitaci\u00f3n o Relatividad General formulada por A. Einstein<\/a> en 1915 y 1916.<\/p>\n

El Modelo Est\u00e1ndar nos dice que las part\u00edculas elementales, cuya interacci\u00f3n se detecta en particular en los grandes aceleradores como el Large Hadr\u00f3n Collider (LHC) que est\u00e1 funcionando el el CERN (Ginebra-Suiza), no son los \u00e1tomos, ni los n\u00facleos at\u00f3micos, ni siquiera los protones<\/a> y neutrones<\/a> de los que est\u00e1n constituidos, sino los Quarks, de los que est\u00e1n compuestos neutrones<\/a> y protones<\/a>, los leptones<\/a> cargados el\u00e9ctricamente (part\u00edculas ligeras como los electrones<\/a> que est\u00e1n en la corteza de los \u00e1tomos o muones<\/a> que aparecen en ciertas desintegraciones), los leptones<\/a> neutros o neutrinos<\/a> (part\u00edculas enigm\u00e1ticas con una masa peque\u00f1\u00edsima comparada con el resto del espectro) y part\u00edculas transportadoras de las interacciones como fotones<\/a> (cuanto de luz) transportadores de las interacciones electromagn\u00e9ticas, los bosones<\/a> W+<\/sup>, W–<\/sup> y Z0<\/sup> que transportan las interacciones electrod\u00e9biles y los Gluones que transportan la interacci\u00f3n fuerte.<\/p>\n

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Partiendo de los Quarks, se conforma el n\u00facleo hecho de protones<\/a> y neutrones<\/a>. Los Quarks, confinados dentro de estos nucleones<\/a>, quedan sujetos por la fuerza fuerte a trav\u00e9s de las part\u00edcuals mediadoras, los Gluones. Para formar el \u00e1tomo, se necesitan electrones<\/a> que, rodean el n\u00facleo en n\u00famero igual al de protones<\/a> que contiene, y, como el prot\u00f3n<\/a> est\u00e1 cargado el\u00e9ctricamente con fuerza positiva, \u00e9sta se equilibra mediante la negativa de la misma potencia que aportan los electrones<\/a>. De esta manera, el \u00e1tomo queda debidamente estabilizado para poder unirse a otros para formar c\u00e9lulas que, a su vez se unen para formar mol\u00e9culas que, a su vez, se juntan para formar materia.<\/p>\n

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\"Smog<\/p>\n

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Y pensar que todo lo que ah\u00ed podemos ver, est\u00e1 formado por esas part\u00edculas<\/p>\n

Todas estas part\u00edculas de las que podemos hablar ya han sido descubiertas, mientras que la \u00fanica inc\u00f3gnita del Modelo Est\u00e1ndar reside en el mecanismo por el que los fermiones<\/a> elementales y ciertas part\u00edculas transportadoras de las interacciones como la W y Z adquieren masa. La Teor\u00eda de la “ruptura expont\u00e1nea de simetr\u00eda electrod\u00e9bil” implica que tiene que existir una part\u00edcula a\u00fan no descubierta, el Bos\u00f3n de Higgs<\/a>, que es responsable de que las anteriores part\u00edculas, incluida ella misma, sean masivas.<\/p>\n

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\"http:\/\/2.bp.blogspot.com\/-ruY0nle4__c\/T27spUoFwhI\/AAAAAAAABCk\/b6l-TAQwnqI\/s1600\/Familias+de+part%C3%ADculas.png\"<\/p>\n

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\u00bfC\u00f3mo ser\u00e1 ese Bos\u00f3n de Higgs<\/a> y, de qu\u00e9 mecanismo se vale para dar masa a las dem\u00e1s part\u00edculas? Ser\u00e1 el de arriba ese Bos\u00f3n que camina por el Campo de Higgs<\/a> y, el rosamiento con el mismo es el que le proporciona la masa al mismo tiempo que se ve frenado por \u00e9l.<\/p>\n

Todos hemos oido hablar hasta la saciedad de que el Bos\u00f3n de Higgs<\/a> debe ser descubierto por el Colisionador LHC y tal descubrimiento a\u00f1adir\u00eda una buena r\u00e1faga de luz sobre algunos enigmas, propiedades no bien conocidas de las interacciones d\u00e9biles.<\/p>\n

El Modelo Est\u00e1ndar es pues la estructura matem\u00e1tica que describe las interacciones entre las part\u00edculas elementales conocidas. El Modelo Est\u00e1ndar, como cualquier otra teor\u00eda f\u00edsica, tiene que ser capaz de describir de froma correcta los datos experimentales que son los que realmente establece el veredicto \u00faltimo de una teor\u00eda. En particular el Modelo Est\u00e1ndar ya ha sido (y est\u00e1 siendo) ampliamente contrastado con los datos experimentales de las colisiones de altas energ\u00edas, como el Large Electr\u00f3n Positr\u00f3n (LEP) que estuvo funcionando en el CERN hasta el a\u00f1o 2000 y el Tevatr\u00f3n que est\u00e1 en funcionamiento en el Laboratorio Fermilab (En Chicago, Illinois, USA), as\u00ed como en aceleradores de baja energ\u00eda.<\/p>\n

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\"http:\/\/science.portalhispanos.com\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2009\/12\/fermilab-Tevatron231.jpg\"<\/p>\n

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El Tevatron, que ha sido el acelerador de part\u00edculas m\u00e1s potente del mundo hasta que entr\u00f3 en funcionamiento el LHC europeo, cerr\u00f3 el pasado 30 de de septiembre de 2011, de forma definitiva, tras 26 a\u00f1os de operaci\u00f3n.<\/p>\n

El resultado obtenido es que el acuerdo entre la teor\u00eda y los resultados experimentales es concluyente, llev\u00e1ndose el acuerdo hasta niveles de 0,1%. Sin embargo, a pesar de que los resultados experimentales no indiquen apenas fisuras en el Modelo Est\u00e1ndar existen motivaciones acuciantes para ir m\u00e1s all\u00e1 de \u00e9ste. Est\u00e1 claro que, el principal objetivo del Modelo est\u00e1 en descubrir los or\u00edgenes de la Materia, entendiendo por tal los protones<\/a> y neutrones<\/a> de los que estamos hechos nosotros mismos, es decir, la materia bari\u00f3nica.<\/p>\n

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En este lugar, el Fermilab, se llevan a cabo proyectos de enorme importancia para conocer lo que la materia es. Y, de la misma manera que en el CERN, se realizan colisiones de haces de part\u00edculas que reproducen aquellos momentos de la creaci\u00f3n, el big bang en miniatura para, a partir del estudio de lo que ah\u00ed pasa, poder llegar a comprender aquellos primeros momentos que a\u00fan, mantiene, algunas regiones oscuras que no dejan ver lo que all\u00ed pas\u00f3.<\/p>\n

Los dos problemas “experimentales” m\u00e1s acuciantes que presenta en estos momentos el Modelo Est\u00e1ndar est\u00e1 relacionado con los dos tipos de Materia que constituyen el Universo observable. El 17% de la Materia de nuestro Universo es materia “luminosa”, es decir, materia constituida, como nosotros mismos por protones<\/a> y neutrones<\/a>. Por otro lado, el 83% de nuestro universo Universo est\u00e1 constituido por Materia Oscura (yo prefiero decir: parece que est\u00e1 constituido por materia invisible que llamamos oscura), es decir, materia que ha sido detectada por el momento s\u00f3lo indirectamente a trav\u00e9s de sus interacciones gravitacionales. De nuevo el Modelo Est\u00e1ndar requiere de una extensi\u00f3n para poder incluir candidatos a Materia Oscura.<\/p>\n

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\u00a0\"http:\/\/universitam.com\/academicos\/wp-content\/uploads\/2010\/10\/galactic.jpg\"<\/p>\n

Muchas son las noticias que saltan a los medios y que son emitidas por equipos que quieren llevarse el galard\u00f3n del hallazgo de la M. O. Veamos por ejemplo uno de ellos:<\/p>\n

“24 OCTUBRE 2010. Un te\u00f3rico del Fermilab y sus colegas de la Universidad de Nueva York podr\u00edan haber encontrado pistas sobre algunos de los m\u00e1s jugosos secretos del universo en el centro de la V\u00eda L\u00e1ctea. La materia oscura<\/a>. En su an\u00e1lisis de los datos p\u00fablicos de los rayos gamma<\/a> del Telescopio Espacial Fermi<\/a>, Dan Hooper, cient\u00edfico del Fermilab, y Lisa Goodenough, un estudiante graduado en la Universidad de Nueva York, informan que los rayos gamma<\/a> de muy alta energ\u00eda procedentes del centro de la V\u00eda L\u00e1ctea vienen de las colisiones de materia oscura<\/a>.<\/p>\n

\u201cSalimos de nuestra manera de considerar todas las causas de los fondos que imitan la se\u00f1al, y no se encontraron otras fuentes plausibles astrof\u00edsica o la mec\u00e1nica que se puede producir una se\u00f1al como \u00e9sta\u201d, dijo Hooper.<\/p>\n

Un reciente trabajo, publicado en el servidor repositorio cient\u00edfico arXiv-pre, describe sus hallazgos. Los astrof\u00edsicos desde hace mucho tiempo postula una amplia gama de part\u00edculas de materia oscura<\/a>, incluyendo los axiones, las part\u00edculas s\u00faper pesadas y part\u00edculas que se encuentran entre: d\u00e9bilmente part\u00edculas masivas de interacci\u00f3n, o WIMPs.<\/p>\n

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Ahora nos dicen que el LHC descansar\u00e1 2 a\u00f1os para poder buscar la materia oscura<\/a> y, que yo sepa, el Bos\u00f3n de Higgs<\/a> no se ha encontrado<\/p>\n

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Claro que, la realidad es tozuda, y, nadie puede decirnos qu\u00e9 es la dichosa y te\u00f3rica “materia oscura<\/a>” de qu\u00e9 est\u00e1 hecha, c\u00f3mo se form\u00f3, de qu\u00e9 mecanismos se vale para pasar inadvertida sin emitir radiaciones que podamos detectar, y, un sin fin de cuestiones que la hace extra\u00f1a y muy ex\u00f3tica, hasta el punto de que podamos pensar que est\u00e1 y no est\u00e1 en este mundo. \u00bfNo estar\u00e1 escondida en eso que llamamos vac\u00edo y, las part\u00edculas portadoras de la Fuerza Gravitatoria, el Gravit\u00f3n, nos trae a nuestra parte del “mundo” la Gravedad que genera y que es, la que detectan los cosm\u00f3logos cuando ven que las galaxias se alejan las unas de las otras a m\u00e1s velocidad de la que tendr\u00edan que hacerlo si s\u00f3lo existiera la materia bari\u00f3nica que podemos observar?<\/p>\n

Habl\u00e1mos de los posibles candidatos a materia oscura<\/a>, aqu\u00ed la situaci\u00f3n es incluso m\u00e1s complicada puesto que candidatos a materia oscura<\/a> no han sido detedctados por experimentos de f\u00edsica de part\u00edculas con lo que (como antes dec\u00eda) su misma naturaleza nos es desconocida. Para competar el relato cabe decir que experimentos astrof\u00edsicos, en particular detecci\u00f3n de supernovas, indican que el total de la materia anteriormente descrita (o sea luminosa y oscura) constituyen tan s\u00f3lo el 28% de la densidad de energ\u00eda del universo observable mientras que el resto es una energ\u00eda no detectable mediante experimentos de F\u00edsica de Part\u00edculas y que se conoce con el nombre de energ\u00eda Oscura, que puede ser simplemente una Constante Cosmol\u00f3gica<\/p>\n

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Einstein<\/a> se burla de nosotros como si supiera (el muy ladino) que \u00e9l llevaba raz\u00f3n, y, la Constante Cosmol\u00f3gica est\u00e1 ah\u00ed, presente en el Universo. La verdad es que, nos trae de cabeza, el no saber detectar d\u00f3nde est\u00e1 la verdad para saber el camino a tomar en el futuro.<\/p>\n

As\u00ed que, finalmente podemos concluir que el 4,6% es la materia bari\u00f3nica (Superc\u00famulos de Galaxias, Nebulosas, Mundos, y dem\u00e1s cuerpos observables .-tambi\u00e9n nosotros-) y, el 17% de la densidad de materia del universo podr\u00eda ser la llamada “materia oscura<\/a>”. A\u00fan cuando la proporci\u00f3n sea minoritaria para la Bari\u00f3nica, para nosotros es prioritaria, de ella estamos hecho nosotros mismos y que, por supuesto, es la \u00fanica materia que podemos detectar de forma directa, conocemos (las part\u00edculas que la conforman) sus secretos, sus par\u00e1metrtos f\u00edsicos, sus masas y cargas, sus funciones dentro del contexto general y, en definitiva es la materia que est\u00e1 tan cerca de nosotros que, nosotros mismos somos ella.<\/p>\n

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Tambi\u00e9n los pilares b\u00e1sicos de nuestro propio ser, son Quark y Leptones, es decir, materia bari\u00f3nica. As\u00ed que, si los observadores del Universo (nosotros) somos de materia radiante y luminosa, no creo que esa “materia oscura<\/a>” tenga m\u00e1s importancia que aquella de la que nosotros estamos formados. M\u00e1s bien creo que, existe alguna fuerza (ll\u00e1mese constante cosmol\u00f3gica o de cualquier otra forma) desconocida que, se confunde con esa clase de materia. Materia, lo que se dice materia, por m\u00ed, s\u00f3lo existe la que podemos ver y detectar.<\/p>\n

Dos son los problemas esenciales que deben ser entendidos en relaci\u00f3n con el n\u00famero bari\u00f3nico del Universo:<\/p>\n

– El primero es que no hay pr\u00e1cticamente evidencia de antimateria en el Universo. De hecho no hay antimateria en nuestro Sistema solar y solamente aparecen antiprotones en los rayos c\u00f3smicos. Sin embargo, los antiprotones se pueden producir como producto secundarios en colisiones del tipo pp \u2192 3p + p (en esta \u00faltima p deber\u00eda aparecer una rallita horizontal encima (antiprot\u00f3n<\/a>) pero, en mi cuadro de caracteres especiales no lo tengo) que proporcionan una abundancia de antiprotones semejante a la observada. As\u00ed por ejemplo, resulta que se detecta un antiprot\u00f3n<\/a> aproximadamente por cada 3000 protones<\/a> mientras que se encuentra un \u00e1tomo de antihelio por cada 10000 \u00e1tomos de Helio. Todos estos datos experimentales est\u00e1n de acuerdo con la existencia de antimateria primordial en el Universo. De hecho, la no existencia de antimateria resulta esencial para la estabilidad del mismo puesto que la materia y la materia se aniquilan entre s\u00ed produciendo radiaci\u00f3n.<\/p>\n

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Sat\u00e9lite WMAP<\/p>\n

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– Una vez explicado el hecho de que practicamente no hay antimateria en el Universo, el segundo problema ser\u00eda entender el origen de la densidad de materia luminosa. De hecho, utilizando los datos de la abundancia primordial de elementos ligeros, de acuerdo con la teor\u00eda de la nucleos\u00edntesis<\/a>, junto con los datos del Sat\u00e9lite WMAP, se deduce que hay en torno a 1 prot\u00f3n<\/a> por cada mil millones de fotones<\/a> en el Universo. Siendo nB<\/sub> y n \u03b3 las densidades de bariones<\/a> y fotones<\/a> respectivamente, se tiene que \u03b7 = nB<\/sub>\/n\u03b3 \u2248 0.61 x 10-9<\/sup>. Para ser un poco m\u00e1s preciso podr\u00edamos decir que en 5 metros c\u00fabicos hay un s\u00f3lo bari\u00f3n<\/a> y mil millones de fotones<\/a> en promedio.<\/p>\n

Para entender mejor cu\u00e1l puede ser el mecanismo que explique la generaci\u00f3n de materia en nuestro Universo, es decir, el par\u00e1metro \u03b7 que acabamos de describir, debemos retrotraernos a la \u00e9poca en que el universo estaba muy caliente, poco despu\u00e9s del Big Bang<\/a>. Es decir, la llamada era denominada de la Radiaci\u00f3n. Las part\u00edculas cuya masa es (muy) inferior a la temperatura del universo se aniquilan con sus antipart\u00edculas por las reacciones inversas a las anteriores. En este momento las part\u00edculas se comportan practicamente como si fueran de masa cero y se dice que la part\u00edcula en cuesti\u00f3n est\u00e1 en equilibrio t\u00e9rmico con la rqadiaci\u00f3n. El Modelo Est\u00e1ndar Cosmol\u00f3gico predice una relaci\u00f3n entre la edad del Universo (en segundos) y la temperatura del mismo (en K) que viene dada por:<\/p>\n

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t \u2248 1\/5 (kB<\/sub>T\/GeV)-2 <\/sup>10-6<\/sup><\/p>\n

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en donde kB<\/sub> es la constante de Boltzmann. La ecuaci\u00f3n anterior nos dice que para una temperatura pr\u00f3xima al GeV (equivalente a la masa del prot\u00f3n<\/a>), que es de unos diez billones de grados, \u00a1el tiempo transcurrido en el universo despu\u00e9s del Big Bang<\/a> era de unas dos diez millon\u00e9simas de segundo!<\/p>\n

Para temperasturas inferiores a la masa de la part\u00edcula, las part\u00edculas y antipart\u00edculas siguen aniquil\u00e1ndose en fotones<\/a>, aunque el proceso inverso no puede tener ya lugar y la densidad de equilibrio t\u00e9rmico de part\u00edculas y antipart\u00edculas decrece exponencialmente como exp (-m\/T) en donde m es la masa de la part\u00edcula en cuesti\u00f3n. Este proceso se termina cuando el ritmo de aniquilaci\u00f3n de part\u00edculas y antipart\u00edculas no puede competir con el ritmo de expansi\u00f3n del universo (constante de Hubble<\/a> H), momento en el que las part\u00edculas y antipart\u00edculas se salen del equilibrio t\u00e9rmico y su densidad queda “congelada” a los valores de equilibrio correspondientes a la temperatura de “congelaci\u00f3n” (temperatura de freezeout). Si aplicamos este proceso a los nucleones<\/a> (protones<\/a> y neutrones<\/a>) y antinucleones<\/a> de masa ~ 1 GeV se puede ver como la densidad de los mismos empieza a disminuir exponencialmente para temperaturas inferiores al GeV, mientras que se salen de equilibrio t\u00e9rmico para temperaturas del orden de 20 MeV, para la cual la densidad de equilibrio resulta ser: nB\/<\/sub>n\u03b3 = nB\/<\/sub>n\u03b3 \u2248 10–<\/sub>18<\/sup>.<\/p>\n

Esto nos demuestra que partiendo de un Universo sim\u00e9trico, como hemos supuesto hasta el momento, hoy en d\u00eda el Universo seguir\u00eda siendo sim\u00e9trico respecto al n\u00famero bari\u00f3nico y, adem\u00e1s, \u00a1el n\u00famero de bariones<\/a> ser\u00eda mil millones m\u00e1s bajo que el que observamos! La soluci\u00f3n de este problema s\u00f3lo puede tener una respuesta: debemos abandonar la hip\u00f3tesis de que el Universo era inicialmente sim\u00e9trico respecto al n\u00famero bari\u00f3nico. La explicaci\u00f3n podr\u00eda seguir y es larga y algo compleja pero, por mi cuenta, resumo diciendo que, esa simetr\u00eda no es posible, si tenemos en cuenta que, las part\u00edculas creadas despu\u00e9s del Big Bang<\/a>, al ser diferentes, tambi\u00e9n ten\u00edan diferentes masas y, tal hecho cierto, hace imposible que la expansi\u00f3n del Universo fuera isotr\u00f3pica, as\u00ed que, al expandirse anisotr\u00f3picamente, la asimetr\u00eda queda servida.<\/p>\n

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S\u00ed, podr\u00edamos decir que, la asimetr\u00eda del Universo es la responsable de su diversidad. No todo es igual en el Universo. Lo son todos los protones<\/a> y electrones<\/a> que existen, y, tambi\u00e9n, todos los neutrones<\/a>, es decir, son id\u00e9nticos y sim\u00e9tricos los objetos de la misma familia a niveles microsc\u00f3picos pero, cuando nos vamos al mundo macrosc\u00f3pico de las galaxias, las estrellas, los mundos o, nosotros mismos, no encontramos dos iguales.<\/p>\n

El Universo, amigos, es una maravilla.<\/p>\n

Fuente: Agradecer aqu\u00ed la mayor aportaci\u00f3n de D. Mariano Quir\u00f3s de cuyo art\u00edculo en el Volumen 25, n\u00famero 4 de la Revista de F\u00edsica, encontr\u00e9 el Origen de la materia: bariogenesis, del que pude obtener la mayor parte del texto que aqu\u00ed habeis podido leer.<\/p>\n

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<\/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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