martes, 27 de julio del 2021 Fecha
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¡Materia! ¡Antimateria! Y nosotros, inmersos en todo esto

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Ciencia futura    ~    Comentarios Comments (8)

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 File:Just your average backyard low energy anti-proton accelerator (2280414954).jpg

                                                                                                    Acelerador de antiprotones del CERN

Para hablar de antimateria lo tenemos que hacer de antipartículas, es decir, partículas subatómicas que tienen la misma masa que otra partícula y valores iguales pero opuestos de otra propiedad o propiedades. Por ejemplo, la antipartícula del electrón es el positrón, que tiene una carga positiva igual en módulo a la carga negativa del electrón. El antiprotón tiene una carga negativa igual en módulo a la carga positiva del protón. El neutrón y el antineutrón tienen momentos magnéticos con signos opuestos en relación con sus espines.

La existencia de antipartículas es predicha por la mecánica cuántica relativista. Cuando una partícula y su correspondiente antipartícula colisionan ocurre la aniquilación. La antimateria consiste en materia hecha de antipartículas.

Por ejemplo, el antihidrógeno consiste en un antiprotón con un antielectrón (positrón) orbitando. El antihidrógeno ha sido creado artificialmente en el laboratorio. El espectro del antihidrógeno no debería ser idéntico al del hidrógeno. Parece que el Universo está formado mayoritariamente por materia (ordinaria) y la explicación de la usencia de grandes cantidades de antimateria debe ser incorporada en modelos cosmológicos que requieren el uso de teorías de gran unificación de partículas elementales.

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Los físicos del CERN han obligado a los átomos de antihidrógeno a quedarse, lo que potencialmente nos ofrecen una mejor visión de cómo se comporta la antimateria. Primeramente, los investigadores informaron el año pasado de la captura de anti-hidrógeno, el átomo de antimateria más simple. Pero su acptura en ese momento se limitaba a menos de dos décimas de segundo. Ese intervalo se ha ampliado en más de 5.000 veces. En un estudio publicado on-line el 5 de junio en Nature Physics por este grupo de investigadores (ALFA) se informa de este mismo logro pero por un tiempo de 16 minutos y 40 segundos.

Las partículas subatómicas de materia, protones, neutrones y electrones tienen particulas homólogas de antimateria. Cuando la materia y la antimateria se juntan se aniquilan en una explosión de energía. Así como el átomo de hidrógeno se compone de un solo protón unido a un electrón, un átomo de antihidrógeno contiene un antiprotón y un positrón.

La Materia, aunque estamos en vías de adquirir profundos conocimientos de sus secretos, a pesar de eso, nos es aún (en ciertos aspectos) una gran desconocida, ya que, se habla de materia extraña, materia oscura o materia fértil y, desde luego, habrá clases de materia que ni podemos suponer, como por ejemplo, ¿qué clase de materia será, la que se crea cuando al morir una estrella masiva se forma un agujero negro que, por medio de la Gravedad, comprime  la materia común hasta límites tan desconocidos que desaparece de este mundo nuestro y, sólo deja sentir la enorme fuerza de gravedad que genera, de tal manera que en ese lugar, dejan de existir el tiempo y el espacio?

Es tanta la ignorancia que atesoramos sobre la materia que, para tapar huecos que para nosotros no tienen explicación, hablamos de cosas extrañas como la “materia oscura” que, finalmente, podría estar representada por una clase de Ylem (la sustancia cósmica de los griegos clásicos), algo que no sabemos lo que es ni de qué puede estar compuesta, no emite radiación y resulta invisible, y, al parecer, según nos dicen, lo único que deja “ver”  o “sentir” es la Gravedad que genera y que incide en el devenir del Universo.

              En realidad, aún no tenemos claro si las galaxias se alejan o es el espacio el que se expande

Claro que, el comportamiento de la materia es así por el simple hecho de que está conformada por minúsculas partículas (unas más elementales que otras) que, se rigen por el principio de la Mecánica cuántica, y, allí, amigos míos, nada de lo que ocurre está asociado a lo que nos dicta el sentido común. El micro espacio de las partículas subatómicas es extraño y, en él se pueden dar fenómenos que no podemos llegar a comprender, o, que nos cuesta comprender. No obstante, algunos de esos fenómenos sí que han sido descubiertos por los físicos y, de esa manera, han ayudado a que conozcamos mejor el mundo en el que vivímos.

Veamos por ejemplo:

                                                                                          Conensado de Bose-Einstein

Debido al principio de exclusión de Pauli, es imposible que dos fermiones ocupen el mismo estado cuántico (al contrario de lo que ocurre con los bosones). La condensación Bose-Einstein es de importancia fundamental para explicar el fenómeno de la superfluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2×10-7 K) se puede formar un condensado de Bose-Einstein, en el que varios miles de átomos forman una única entidad (un superátomo). Este efecto ha sido observado con átomos de rubidio y litio. Como ha habréis podido suponer, la condensación Bose-Einstein es llamada así en honor al físico Satyendra Nath Bose (1.894 – 1.974) y a Albert Einstein. Así que, el principio de exclusión de Pauli tiene aplicación no sólo a los electrones, sino también a los fermiones; pero no a los bosones.

La radiación sincrotrón es la que produce una partícula cargada; por ejemplo, un electrón, cuando gira en un campo magnético. En función de la energía del electrón, los fotones emitidos pueden tener energías de radio, de rayos X o mayores.

La observación de este fenómeno ha sido posible gracias al satélite Fermi, especializado en rayos gamma, que cuenta con un gran telescopio conocido como LAT (Large Area Telescope, por sus siglas en inglés). Desde su puesta en órbita, en junio de 2008, el LAT ha monitoreado la nebulosa del Cangrejo.

Si nos fijamos en todo lo que estamos hablando aquí, es fácil comprender cómo forma  un campo magnético la partícula cargada que gira, pero ya no resulta tan fácil saber por qué ha de hacer lo mismo un neutrón descargado. Lo cierto es que cuando un rayo de neutrones incide sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma forma que lo haría si el hierro no estuviese magnetizado. El magnetismo del neutrón sigue siendo un misterio; los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalente a cero, aunque por alguna razón desconocida, logran crear un campo magnético cuando gira la partícula.

Particularmente creo que, si el neutrón tiene masa, si la masa es energía (E = mc2), y si la energía es electricidad y magnetismo (según Maxwell), el magnetismo del neutrón no es tan extraño, sino que es un aspecto de lo que en realidad es: ¡materia! La materia es la luz, la energía, el magnetismo, en  definitiva, la fuerza que reina en el universo y que está presente de una u otra forma en todas partes (aunque a veces no podamos verla).

Sea como fuere, la rotación del neutrón nos da la respuesta a esas preguntas:

¿Qué es el antineutrón? Pues, simplemente, un neutrón cuyo movimiento rotatorio se ha invertido; su polo sur magnético, por decirlo así, está arriba y no abajo. En realidad, el protón y el antiprotón, el electrón y el positrón, muestran exactamente el mismo fenómeno de los polos invertidos. Es indudable que las antipartículas pueden combinarse para formar la antimateria, de la misma forma que las partículas corrientes forman la materia ordinaria.

La primera demostración efectiva de antimateria se tuvo en Brookhaven en 1.965, donde fue bombardeado un blanco de berilio con 7 protones BeV y se produjeron combinaciones de antiprotones y antineutrones, o sea, un antideuterón. Desde entonces se ha producido el antihelio 3, y no cabe duda de que se podría crear otros antinúcleos más complicados aún si se abordara el problema con más interés.”

¿Qué no será capaz de inventar el hombre para descubrir los misterios de la naturaleza? Podemos recordar (aunque ha pasado mucho tiempo) lo que hizo Rutherford para identificar la primera partícula nuclear (la partícula Alfa). El camino ha sido largo y muy duro, con muchos intentos fallidos antes de ir consiguiendo los triunfos (los únicos que suenan), y muchos han sido los nombres que contribuyen para conseguir llegar al conocimiento del átomo y del núcleo actual; los electrones circulando alrededor del núcleo, en sus diferentes niveles, con un núcleo compuesto de protones y neutrones que, a su vez, son constituidos por los quarks allí confinados por los fluones, las partículas mediadoras de la fuerza nuclear fuerte.  Pero, ¿qué habrá más allá de los quarks?, ¿las supercuerdas vibrantes? Algún día se sabrá.

     ¡Hablamos de tántas cosas! desde fluctuaciones de vacío hasta partículas de Higgs dadoras de masa

Pero, ¿existe en realidad la antimateria? ¿Hay masas de antimateria en el universo? Si las hubiera, no revelarían su presencia a cierta distancia. Sus efectos gravitatorios y la luz que produjeran serían idénticos a los de la materia corriente. Sin embargo, cuando se encontrasen las masas de las distintas materias, deberían ser claramente perceptibles las reacciones masivas del aniquilamiento mutuo resultante del encuentro. Así pues, los astrónomos observan especulativamente las galaxias, para tratar de encontrar alguna actividad inusual que delate interacciones materia-antimateria.

El 22 marzo 2011 se produjo la creación de 18 núcleos de antihelio-4 es un hito en la física de alta energía. Una de las grandes cuestiones que crean problemas a los cosmólogos y físicos de partículas es la distribución de materia y antimateria en el universo. Ciertamente parece que la materia predomina en el cosmos, pero las apariencias pueden engañar. Puede que simplemente vivamos en un rincón del universo que parece estar dominado por la materia. Con logros como este, algunos hablan ya de galaxias de antimateria. Lo cierto es que, hoy, encontramos que hay un poco de antimateria extra en nuestro rincón gracias al trabajo de la colaboración STAR en el RHIC del Laboratorio Nacional Brookhaven en los Estados Unidos.

En fin amigos, que como siempre estamos diciendo, nos queda mucho por saber sobre el comportamiento de la materia y, hasta donde ésta puede llegar con la evolución a la que está abocada por el transcurso del tiempo, las energías y el ritmo del Universo que, como sabemos, es un ritmo en el que el Tiempo, tiene un papel estelar.

La Materia, en cada momento, está conformada en el nivel que las muchas transiciones de fase ha producido en ella mediante los mecanismos que la Naturaleza tiene para ello, y, desde luego, una porción de ella puede estar hoy formando el lecho de un rumoroso río, y, “mañana”, podría estar formando parte de un fértil árbol que proporciona una sabrosa fruta, o, ¿por qué no? Podría estar formando parte de un exótico agujero negro. Cualquier cosa que podamos pensar sobre la materia, en realidad es posible. Sólo se necesita tiempo para que el cambio, finalmente, se pueda producir.

¿Qué seremos nosotros dentro de 10 millones de Años? ¿Estaremos aquí? ¿En qué forma? ¿Qué cambios se habrán producido en nosotros? Y, si hemos conseguido vencer ese período de tiempo, lo que de verdad espero es que la Humanidad o lo que pueda ser en lo que se convierta la actual, si tiene consciencia de SER, que al menos, con los cambios y mutaciones, no pierda ese bien tan preciado que llamamos  SENTIMIENTOS aunque, para entonces, estén hechos de antimateria.

emilio silvera

El Principio antrópico, el gato de Schrödinger: Física

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Carnaval de Física    ~    Comentarios Comments (20)

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El físico Alan Harvey Guth dijo francamente:

“El principio antrópico es algo que la gente propone si no pueden pensar en algo mejor que hacer.”

Para Richard Feynman, el objetivo de un físico teórico es “demostrarse a sí mismo que está equivocado en cuanto sea posible”. Sin embargo, el principio antrópico es estéril y no puede ser refutado. Weinberg dijo: “aunque la ciencia es claramente imposible sin científicos, no está claro que el universo sea imposible sin ciencia.

El debate sobre el principio antrópico (y por consiguiente sobre Dios) estuvo en letargo durante muchos años, aunque fue reactivado recientemente por la función de onda del universo de Hawking. Si Hawking está en lo cierto, entonces existen en realidad un número infinito de universos paralelos, muchos de ellos con diferentes constantes físicas. En algunos de ellos, quizá los protones se desintegran con demasiada rapidez, o las estrellas no pueden fabricar los elementos pesados por encima del hierro, o el Big Crunch tiene lugar demasiado deprisa porque su densidad crítica sobrepasa en mucho a la ideal y no da tiempo a que pueda comenzar la germinación de la vida, y así sucesivamente. De hecho, un número infinito de estos universos paralelos están muertos, sin las leyes físicas que puedan hacer posible la vida tal como la conocemos.

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