Es cierto que, con mucha frecuencia, aparecen aquí trabajos que versan sobre la vida, ese misterio que nos lleva a querer buscar sus orígenes y a saber, cómo y para qué surgió aquí en el Planeta Tierra. Nos interesamos por cada uno de pasos evolutivos y nos llama la atención ese larguísimo ciclo que llevó la vida desde aquella célula replicante hasta los seres humanos. Pero, ¿hay algo más interesante que la Vida para poder estudiarlo? Seguramente con la Física, la Química y la Astrofísica, sean las cuestiones más interesantes para el ser humano. ¡Ah! sin olvidarnos de las matemáticas.

Muchas son las fases por las que tuvieron que pasar los elementos químicos que, junto a la materia prebiótica, dieron lugar, finalmente, al surgir de la Vida en nuestro Planeta, la Tierra. En la formación que finalmente podemos contemplar de la Tierra no intervinieron únicamente los procesos cósmicos. Los animales, las plantas y los microorganismos influyeron de manera decisiva en las estructuras planetarias durante el curso de la historia de nuestro Planeta. Sin ellos no exitiría una atmósfera con oxígeno, ni islas de coral, ni tierras fértiles, ni materias primas como el petróleo o el carbón.

Una fuente hidrotermal,  también denominada a veces como respiradero hidrotermal o fumadera, fumadero o fumarola hidrotermal, es una grieta en la superficie de un planeta del cual fluye agua geotermalmente caliente. Las fuentes hidrotermales se encuentran comúnmente en lugares que son volcánicamente activos donde el magma está relativamente cerca de la superficie del planeta. Las fuentes hidrotermales son abundantes en la porque es geológicamente activa y tiene cantidades grandes de agua en su superficie. Los tipos comunes de la tierra incluyen las aguas termales, las fumarolas y los géiseres. Relativo a las dimensiones del mar profundo, las áreas alrededor de las fuentes hidrotermales son biológicamente productivas, a menudo hospedando comunidades complejas alimentadas por los químicos disueltos en los fluidos que emite.

En algún momento del pasado de la Tierra, estimado en aproximadamente 2.500 – 3.500 millones de años, tuvo lugar lo que denominamos revolución oxigénica, durante la cual las cianobacterias produjeron tanto oxígeno que la atmósfera y los océanos quedaron literalmente saturados de este nuevo compuesto químico. Tal producción de oxígeno afectó drásticamente a la biósfera del planeta. Antes de la revolución oxigénica, pocos organismos estaban adaptados para vivir en presencia de oxígeno abundante; las moléculas de oxígeno actuaban como un veneno, reaccionando con las moléculas orgánicas complejas y degradándolas. Debido a esto, la mayor parte de la vida existente en ese momento debió quedar exterminada; las cianobacterias serían responsables de una gran extinción masiva.

Por otro lado, los elevados niveles de oxígeno que se acumularon en la atmósfera dieron como resultado una capa de ozono, de vital importancia para la vida como la conocemos. El ozono filtra los perniciosos rayos ultravioletas, que tienen un efecto especialmente perjudicial para los ácidos nucleicos, impidiendo que lleguen a la superficie de la Tierra. Si lo miramos desde esa perspectiva, es muy probable que el desarrollo de la vida fuera de los océanos y más aún, de toda la vida como la conocemos, incluso la nuestra, haya sido posible solo gracias a la capa de ozono, y por ende, a las cianobacterias que aportaron el abundante oxígeno para generarla.

La segunda evidencia es la proporción de los isótopos carbono 12 versus carbono 13 en materiales con alto contenido de carbono. Si hay más carbono 12 que carbono 13, esto es evidencia que se trata de material orgánico (basado en fotosíntesis). Si hay menos carbono 12 que carbono 13, se trata de material inorgánico.

La tercera evidencia es la molecular. Consiste en estimar, a partir del DNA de los organismos vivientes, hace cuántos años existió el antepasado común a todos ellos. En general, esto se hace identificando las diferencias que existen en el genoma, sabiendo de antemano el tiempo que toma para que una mutación aparezca y se estabilice en una especie.

El consenso es que la vida apareció en el planeta hace entre 3,900 y 3,800 ma. Los primeros organismos fueron procariotas, células muy simples que carecen de núcleo. Los procariotas que mejor conocemos son las bacterias, semejantes a la  imagen que se muestra.

Desgraciadamente, no se han encontrado aún fósiles en África de la misma antigüedad que podrían hacer seguir la pista de esta especie, y los de Asia contemporáneos a ella se refieren únicamente al Homo Erectus. Se podría decir que es el eslabón que une al Homo ergaster y enlaza con formas más cercanas a nosotros. A pesar de todos los estudios realizados, esta nueva especie está aún muy cuestionada por paleontólogos y especialistas, los cuales opinan que se trata en realidad de Homo Heidelbergensis. Estas luchas dialécticas son muy comunes entre los especialistas y hasta que no hay una evidencia abrumadora (y a veces ni eso) no se ponen de acuerdo en las afirmaciones que realizan.

Mientras en Asia Homo Ergaster evolucionaba a Homo erectus, en África siguió un camino diferente pero evolutivamente paralelo, dando lugar a una nueva especie, de rasgos craneales aún más modernos, aunque todavía con parecido a la especie anterior; será una especie crucial, el Homo antecessor, ya que será la que origine definitivamente al Homo sapiens.

Un hecho común por lo que vemos en la historia del universo es la unión. Las partículas elementales se unen formando átomos, que se unen para formar moléculas que se unen creando la materia macroscópica que conocemos. El mundo está formado por átomos y moléculas que conforman la materia de los mundos y de los seres vivos.

Claro que, sin la molécula esencial de agua, la vida no sería posible

Este hecho es factible también en la materia orgánica, creando una rama del arbol de la boda universal de la que colgamos nosotros. La unión de diversos componentes químicos, la teoría de la sopa prebiótica y un buen salto de años, con alguna chispa de originalidad, se formaron las células primitivas.

Esto ya surgía de la unión de múltiples compuestos. Algo tan complejo y a la vez tan modular. Pero esto no acaba aquí ni mucho menos..

La evolución y unión de más componentes llega a dar otras células más complejas, las eucariotas, que con su unión y evolución dan lugar a seres vivos superiores, como los conocemos ahora.

En este nivel, podemos ver como la unión en la mayoría de las especies da lugar a frutos muy diversos. Las manadas sirven de protección entre sí a la par que da ventajas añadidas. Las tribus más de lo mismo. En esencia, todas estas formas de unión tienen algo común, el trasvase de información y la prueba y error. Así se llega a la actualidad. Un mundo dominado por la unión de una especie dominante que ha sabido trabajar para llegar mucho más lejos de donde estaba hace años.

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Fue en el siglo XX (al observar partículas subatómicas que, en los grandes aceleradores de partículas, se movían a velocidades de decenas de miles de kilómetros por segundo) cuando se empezaron a encontrar aumentos de masa que eran suficientemente grandes para poder detectarlos. Un cuerpo que se moviera a unos 260.000 Km por segundo respecto a nosotros mostraría una masa dos veces mayor que cuando estaba en reposo (siempre respecto a nosotros).

En el universo todo es cambiante. Hasta “la nada” es cambiante. La energía que lo integra, que es parte de la misma materia, también es cambiante. Se transforma de una a otra. No se destruye. Cambia y evoluciona. El cuerpo humano es una gran máquina transformadora de energía porque es energía pura. El universo, en un setenta y tanto por ciento de su espacio infinito, es energía. Vivimos y formamos parte de un universo repleto de energía. Y en ese universo variable y lleno de energía existen miles de cuatrillones de formas de comunicación, entre otras, la del intercambio de energía entre los objetos que pueblan el Universo.

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Supernova que calcina a un planeta cercano. Ahí, en esa explosión se producen transiciones de fase que producen materiales pesados y complejos. En una supernova, en orden decreciente tenemos la secuencia de núcleos H, He, O, C, N, Fe, que coincide bastante bien con una ordenación en la tabla periódica que es:

H, He, (Li, Be, B) C, N, O… Fe

¿Apreciáis la maravilla? Las estrellas brillan en el cielo para hacer posible que nosotros estemos aquí descubriendo los enigmas del universo y… de la vida inteligente. Esos materiales para la vida sólo se pudieron fabricar el las estrellas, en sus hornos nucleares y en las explosiones supernovas al final de sus vidas.

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La Imagen especular (simetría)

La ley conocida como Interacción débil, no cumple con ciertas “leyes de la Física” tales como la conservación de la extrañeza y del isospín, aunque hay otras muchas leyes de conservación que sí respeta.

Los físicos hablan muy a menudo de la conservación de la simetría. Una simetría muy importante, aunque simple, es la “simetría especular” oficialmente llamada “paridad”.

No, esta no es, la imagen especular de un neutrino, de hecho, ellos no tienen imagen especular.

Antes de 1956, siempre se había supuesto que cualquier fenómeno  respetaba las mismas leyes físicas que su imagen especular. En consecuencia uno podría esperar que las partículas o haces de partículas chocan entre ellas de una forma que sea especularmente simétrica, la simetría especular se preservaría.

                                   Los neutrinos siempre nos han dado dolor de cabeza. Su ponemos nuestras manos delante un espejo, ahí las veremos reflejadas. Si de la misma manera, pudiéramos poner dos neutrinos delante del espejo de al lado, eso veríamos: NADA.

El descubrimiento de que muchas partículas no se parecían en nada a sus respectivas imágenes especulares fue realizado por dos físicos chinos, Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang, algún tiempo después de haber emigrado a los EE UU. Resultó que la Interacción débil distinguía entre derecha e izquierda. Esto es más claro en el caso del neutrino.

Los neutrinos v_e y v_µ como el fotón, no tienen masa en reposo y, por lo tanto, se mueven siempre a la velocidad de la luz. Los neutrinos también rotan con un espín ½. Si definimos el “polo norte” y el “polo sur” igual que se definen en la Tierra. Los neutrinos son especiales porque siempre tienen el polo sur enfrente de ellos y el polo norte detrás. Nunca se han observados neutrinos para los cuales esto no sea así.

La física sueca Cecilia Jarlskog comparó a los neutrinos con los vampiros porque no tienen imagen especular. Su imagen especular es un imposible físico.

Hace unos días, con ocasión del “hallazgo” del Bosón de Higgs, hablamos aquí del “Mecanismo Higgs”. Pero, ¿es correcto? ¿Nos conducirá hacia una buena teoría? ¿Qué es lo que está permitido y lo que no para describir las partículas elementales y por qué?

El Instituto de Cargèse, en la Isla de Córcega, fue fundado por el físico francés Maurice Lèvy. Desde 1960. Allí, construido en un precioso terreno con una pequeña playa, se realizaban (ahora no se si continúan) escuelas de verano.

La de 1970 era sobre las interacciones fuertes. Junto con Gell-Mann, Lévy había desarrollado un modelo para la interacción fuerte. Aunque no esperaban que representase toda la verdad, tenía la característica de que se reproducían todas las simetrías de las interacciones fuertes de una forma muy interesante. Pero, debido a que las interacciones son tan fuertes, las partículas no se mueven ni siquiera aproximadamente en línea recta y esto hacía que no se pudiera utilizar el esquema aproximativo habitual, el llamado “desarrollo perturbativo”. A pesar de las dificultades fundamentales que presentaba el modelo con su interminable serie de aproximaciones que no convergían en nada, las discusiones de aquel curso de verano, terminaron dedicándose de forma predominante a intentar extraer de aquel modelo, resultados con algún sentido.

El modelo era interesante. Era un modelo renormalizable en el cual, protones, neutrones y tres clases de piones jugaban un papel muy importante. Pero hacía falta un cuarto acompañante de los piones que se llamó “sigma” (σ). La simetría el modelo requería que los protones “desnudos” y los neutrones no tuvieran masa. Sólo en ese caso se podía entender cómo funcionan las cirrientes sobre las que actúa la interacción débil.

Y, aquí está la parte interesante: se suponía que las partículas sigmas sufrían una condensación Bose y, por lo tanto, aquí también tenemos una “rotura espontánea de simetría”. Los protones y los neutrones, que no tendrían masa en un ambiente simétrico, son entonces frenados por esas partículas sigmas que pueblan el vacío, y adquieren así la masa de la rotura de la simetría. En este sistema se verificaba el teorema de Goldstone, y por lo tanto perdían su masa en reposo.

Aquello no estaba tan mal después de todo. Ya se sabía que los piones eran, con diferencia, los hadrones más ligeros. En la mayoría de las teorías, lo que se tenía que comparar era el cuadrado de las masas de las partículas, y el cuadrado de la masa del pión es aproximadamente catorce veces menor que la masa de la siguiente partícula, el kaón. Una aproximación en la que la masa del pión fuera nula no era, pues, ninguna locura. En una versión mejorado del modelo sigma, podríamos suponer que la masa del pión proviene de una pequeña perturbación. Más tarde, cuando se utilizó el modelo Quarks, se consideró que tanto los piones de Goldstone como la partícula sigma estaban formados por un quark y un anti-quark. La “pertubación” que da la masa al pión resultará ser la pequeña masa de los quarks u y d del interior del hadrón.

 ¡Aquien se le diga que aquí está concentrado todo lo que vemos!

Dos autoridades en el tema de la renormalización, el corenao Benjamin Lee y el alemán Kurt Symanzik, estuvieron en Cargèse, en aquella escuela de verano, para explicar cómo se podía renormalizar en el modelo sigma sin que se perdiera su propiedad más importante, , la rotira espontánea de simetría.

Pero “¿se puede hacer lo mismo si hay un campo de Yang-Mills?”. Gerard ´t Hooft, uno de los alumnos de aquella escuela de verano, le preguntó a Lee y a Symanzik. Ambos le dieron la misma respuesta: “Si yo fuera un estudiante de Veltman le preguntaría a él.” Ellos no habían estuidiado los campos de Yang-Mills, pero a ´t Hooft le pareció que el procedimiento de Lee y Symanzik para el modelo sigma también sería aplicable a cualquier sistema en el que la simetría esté afectada por una condensación de Bose, incluyendo la teoría de Higgs-Kibble. Aquí estaba presente el semillero de una nueva teoría y, ´t Hooft, pensó de inmediato en cómo podía hacerlo crecer.

Esa será otra historia que trataré de contaramos y, de seguro, os interesará.ç

emilio silvera

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Hemos podido saber que el Universo está en expansión y que las Galaxias se alejan las unas de las otras. Se ha podido deducir que el Universo surgió de una explosión a la que llamamos el Big Bang hace ahora 13.700 millones de años. A partir de una singularidad, un punto de energía y densidad infinitas, surgió el Universo que, desde entonces, a través del espacio–tiempo continúa expandiéndose.

La Visión de un Artista de lo que él cree que fue el principio del Universo,  el Big Bang. Claro que, no es fácil para nuestras mentes dibujar una imagen mental y fidedigna de lo que aquello pudo ser, toda vez que nadie estuvo allí para contarlo después. Lo único que podemos hacer es imaginar lo que nos cuenta la teoría y, siempre será una imagen (como la de arriba) irreal.

Surgieron los primeros quarks libres que se juntaron para formar protones y neutrones que, a su vez, se unieron y formaron núcleos que, al tener energía positiva, atrajeron a los electrones, de energía negativa, formándose así lo átomos estables.

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