No es ningún secreto que la obra más famosa de la denominada literatura árabe, Alf Laylah wa-Laylah (Las mil y una noches), era en realidad una antigua obra persa. Hazar Afsana ( un millar de cuentos), que contenía distintos relatos, muchos de los cuales eran de origen Indio. Con el paso del tiempo, se hicieron adiciones a obra, no sólo a partir de fuentes árabes, sino también griegas, hebreas, turcas y egipcias. La obra que hemos leído (casi) todos, en realidad, es un compendio de historias y cuentos de distintas nacionalidades, aunque la ambientación que conocemos, es totalmente árabe.
Los físicos que abordan el multiverso coinciden en que sería imposible visitar los universos vecinos, pero pueden estar ahí. / The Washington Post (Washington Post)
Nuestro universo, con lo inmenso que es, con centenares de miles de millones de galaxias visibles y tantos millones de estrellas en cada una de ellas, puede que no sea el único que exista. Tal vez hay otros universos, distintos del que conocemos, y alguno parecido… ¿Sería posible visitarlos? ¿Echarles un vistazo? ¿Comprobar siquiera si efectivamente están por ahí como burbujas aisladas… a no ser que entren algunas en colisión? Medio centenar de expertos estadounidenses, europeos y españoles se han reunido esta semana en un encuentro científico de alto nivel celebrado en la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) para discutir precisamente los multiversos y las teorías en las que emerge su existencia.
En realidad, cuando observamos el Universo y vemos los fenómenos que ahí ocurren, las transiciones de fase que se producen en la materia, las energías desatadas que por todas partes son proyectadas en explosiones de supernovas y colisiones de estrellas de neutrones o agujeros negros, cuando dos inmensas galaxias se funden en una y se fusionan mediante un Vals de Gravedad que dura algunos millones de años… Cuando todo eso ocurre, podríamos pensar que, la Vida, no está preparada para ese entorno. Sin embargo, ¡aquí estamos!
Como nos dice la filosofía, nada es como se ve a primera vista, todo depende del punto de vista desde el que miremos las cosas, de la perspectiva que nos permita nuestra posición física y, la intelectual también. No todos podemos ver las cosas de la misma manera. La imagen de abajo que es una Nebulosa como otras tantas, ¿qué te dice a tí? ¿qués es lo que ahí puedes ver? ¿qué deduces de los componentes de la nebulosa? ¿qué puede surgir de ahí y de otros lugares como este de abajo? ¿Cómo llegó a formarse tal conglomerado de gas y polvo?
“Siempre me ha intrigado que, cuando se trata de aplicar las leyes tal como las entendemos actualmente, una computadora necesite hacer un número infinito de operaciones lógicas para efectuar cálculos relativos a lo que sucede en cualquier zona insignificante del tiempo. ¿Cómo puede suceder todo eso en un espacio diminuto? ¿Por qué se necesita una cantidad infinita de operaciones lógicas para averiguar lo que va a pasar en un fragmento diminuto de espacio-tiempo? A menudo he formulado la hipótesis de que en última instancia la física no necesitará una expresión matemática, ya que al fin se descubrirá la maquinaria y las leyes llegarán a ser sencillas, como un juego de ajedrez con todas sus aparentes complejidades.”
El cemento del Universo: Leptones y Quarks. Pero a partir de estos infinitesimales objetos, se conforman muchos otros conceptos que, como la Masa y la Carga eléctrica le van dando forma y comprensión a esos fenómenos que hemos podido llegar a observar y comprender. ¿De qué estamos hechos? El Modelo Estándar de Partículas Elementales ha dejado al descubierto una aceptable explñicación para comprender eso y mucho más.
El misterio de la masa
De forma cotidiana denominamos masa a la cantidad de materia de un cuerpo. Prácticamente toda la masa de los átomos que componen la materia se debe a la masa de sus núcleos. La masa de los núcleos atómicos esencialmente corresponde a la de los protones y neutrones que los forman. Sin embargo, la masa de un protón o un neutrón es mucho mayor que la suma de las masas de los quarks que los forman (éstas son tan pequeñas que sólo explican el 1% de la masa total). El 99% de la masa de protones y neutrones está asociada a la energía cinética de los quarks en su interior, que se mueven a velocidades relativistas, pero que no escapan por estar confinados por la fuerza de color. Esta masa corresponde por tanto a una energía interna de las partículas compuestas.
La energía interna no puede, sin embargo, explicar la masa de las partículas elementales (como los propios quarks, los leptones o los bosones Z y W), por no estar compuestos de partículas más pequeñas.
¿Cuál es el origen de la masa de las partículas elementales?
Todos los intentos y los esfuerzos por hallar una pista del cuál era el origen de la masa fallaron. Feynman escribió su famosa pregunta: “¿Por qué pesa el muón?”. , por lo menos, tenemos una respuesta parcial, en absoluto completa. Una voz potente y ¿segura? nos dice: “!Higgs¡” Durante más de 60 años los físicos experimentadores se rompieron la cabeza con el origen de la masa, y ahora el campo Higgs presenta el problema en un contexto ; no se trata sólo del muón. Proporciona, por lo menos, una fuente común todas las masas. La nueva pregunta feynmaniana podría ser: ¿Cómo determina el campo de Higgs la secuencia de masas, aparentemente sin patrón, que da a las partículas la materia?
La variación de la masa con el de movimiento, el cambio de masa con la configuración del sistema y el que algunas partículas (el fotón seguramente y los neutrinos posiblemente) tengan masa en reposo nula son tres hechos que ponen dicho que el concepto de masa sea un atributo fundamental de la materia. Habrá que recordar aquel cálculo de la masa que daba infinito y nunca pudimos resolver; los físicos sólo se deshicieron de él “renormalizándolo”, ese truco matemático que emplean cuando no saben encontrar la respuesta al problema planteado.
Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas. que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrinseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno.
La idea de que la masa no es intrinseca la carga o el espín resulta aún más plausible por la idílica idea de que todos los quarks y fotones tendrían masa cero. En ese caso, obedecerían a una simetría satisfactoria, la quiral, en laque los espines estarían asociados siempre con su dirección de movimiento. Pero ese idilio queda oculto por el fenómeno de Higgs.
¡Ah, una cosa más! Hemos hablado de los bosonesgauge y de su espín de una unidad; hemos comentado también las partículas fermiónicas de la materia (espin de media unidad). ¿Cuál es el pelaje de Higgs? Es un bosón de espin cero. El espín supone una direccionalidad en el espacio, pero el campo de Higgs da masa a los objetos dondequiera que estén y sin direccionalidad. Al Higgs se le llama a veces “bosónescalar” [sin dirección] por esa razón.
La interacción débil, recordareis, fue inventada por E. Fermin describir la desintegración radiactiva de los núcleos, que era básicamente un fenómeno de poca energía, y a medida que la teoría de Fermi se desarrolló, llegó a ser muy precisa a la hora de predecir un enorme de procesos en el dominio de energía de los 100 MeV. Así que ahora, con las nuevas tecnologías y energías del LHC, las esperanzas son enormes para, por fin, encontrar el bosónHiggs origen de la masa… y algunas cosas más.
Fabiola Gianotti, portavoz del experimento ATLAS, ofreció algunos avances:
“En nuestros observamos claros signos de una nueva partícula compatible con la teoría de Higgs, con un nivel aproximado de 5 sigma [99,977% de eficiencia], en la región de masa alrededor de los 126 GeV. El increíble rendimiento del LHC y el ATLAS y los enormes esfuerzos de mucha gente nos han traído a excitante punto, pero hace falta un poco más de tiempo para preparar estos resultados cara a su publicación.”
El Modelo Estándar describe las partículas de todo cuanto nos rodea, incluso de nosotros mismos. Toda la materia que podemos observar, sin embargo, no parece significar más que el 4% del total. Higgspodría ser el puente para comprender el 96% del universo que permanece oculto.
El 4 de julio de 2012 se anunció el descubrimiento de un bosón. Punto. En diciembre de 2012 se empezó a hablar de “un” Higgs (en lugar de “el” Higgs), pero oficialmente seguía siendo un nuevo bosón. ¿Importa el? El Premio Nobel de Física para el bosón de Higgs sólo será concedido cuando el CERN afirme con claridad y rotundidad que se ha descubierto “el” Higgs, si el CERN es conservador, la Academia Sueca lo es aún más. Sin embargo, el rumor es que quizás baste con que el CERN diga que se ha descubierto “un” Higgs.
Por fin fue anunciado y el Nobel se concedió.
¿Por qué, a pesar de todas las noticias surgidas el CERN, creo que no ha llegado el momento de celebrarlo? ¿Es acaso el Higgs lo encontrado? Al menos a mí me faltan expliaciones sobre el verdadero mecanismo mediante el cual las partículas adquieren masa.
Hay que responder montones de preguntas. ¿Cuáles son las propiedades de las partículas de Higgs y, lo que es más importante, cuál es su masa? ¿Cómo reconoceremos una si nos la encontramos en una colisión de LHC? ¿Cuántos tipos hay? ¿Genera el Higgs todas las masas, o las hace incrementarse? ¿Y, cómo podemos saber más al respecto? También a los cosmólogos les fascina la idea de Higgs, pues casi se dieron de bruces con la necesidad de tener campos escalares que participasen en el complejo proceso de la expansión del Universo, añadiendo, pues, un peso más a la carga que ha de soportar el Higgs.
El campo de Higgs, tal y como se lo concibe , se puede destruir con una energía grande, o temperaturas altas. Estas generan fluctuaciones cuánticas que neutralizan el campo de Higgs. Por lo tanto, el cuadro que las partículas y la cosmología pintan juntas de un universo primitivo puso y de resplandeciente simetría es demasiado caliente Higgs. Pero cuando la temperatura cae bajo los 10’5 grados kelvin o 100 GeV, el Higgs empieza a actuar y hace su generación de masas. Así por ejemplo, de Higgs teníamos unos W, Z y fotones sin masa y la fuerza electrodébil unificada.
El Universo se expande y se enfría, y entonces viene el Higgs (que engorda los W y Z, y por alguna razón ignora el fotón) y de ello resulta que la simetría electrodébil se rompe. Tenemos entonces una interacción débil, transportada por los vehículos de la fuerza W+, W–, Z0, y por otra una interacción electromagnética, llevada por los fotones. Es como si algunas partículas del campo de Higgs fuera una especie de aceite pesado a través del que se moviera con dificultad y que las hiciera parecer que tienen mucha masa. Para otras partículas, el Higgs es el agua, y para otras, los fotones y quizá los neutrinos, es invisible.
Cada suceso, la línea del haz es el eje común de los cilindros de malla de alambre ECAL y HCAL. ¿Cuál es el mejor candidato W? el mejor candidato Z? En cada evento, ¿dónde ocurrió la colisión y el decaimiento de las partículas producidas? Lo cierto es que, en LHC se hacen toda clase de pruebas para saber del mundo de las partículas, de dónde vienen y hacia dónde se dirigen y, el Bosón de Higgs, es una asignatura pendiente a pesar de las noticias y de los premios
De todas las maneras, es tanta la ignorancia que tenemos sobre el origen de la masa que, nos agarramos como a un clavo ardiendo el que se ahoga, en caso, a la partícula de Higgs que viene a ser una de las soluciones que le falta al Modelo Estándar para que todo encaje con la teoría.
¡Ya veremos en que termina todo esto! Y, aunque el que suena siempre es Higgs, lo cierto es que los autores de la teoría del “Bosón de Higgs”, son tres a los que se ha concedido, junto al CERN, el Premio Principe de Asturias. Peter Ware Higgs —el primero en predecir la existencia del bosón— junto a los físicos François Englert, y el belga Robert Brout—fallecido en el año 2011—.
Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, introdujo la idea en la física de partículas. La utilizaron los teóricos Steven Weinberg y V. Salam, que trabajaban por separado, comprender como se convertía la unificada y simétrica fuerza electrodébil, transmitida por una feliz familia de cuatro partículas mensajeras de masa nula, en dos fuerzas muy diferentes: la QED con un fotón carente de masa y la interacción débil con sus W+, W– y Z0 de masa grande. Weinberg y Salam se apoyaron en los trabajos previos de Sheldon Glasgow, quien tras los pasos de Julian Schwinger, sabía sólo que había una teoría electrodébil unificada, coherente, pero no unió todos los detalles. Y estaban Jeffrey Goldstone y Martines Veltman y Gerard’t Hooft. También hay otras a los que había que mencionar, pero lo que siempre pasa, quedan en el olvido de manera muy injusta. Además, ¿Cuántos teóricos hacen falta para encender una bombilla?
La verdad es que, casi siempre, han hecho falta muchos. Recordemos el largo recorrido de los múltiples detalle sueltos y físicos que prepararon el terreno para que, llegara Einstein y pudiera, uniéndolo todo, exponer su teoría relativista.
Sobre la idea de Peter Higgs, Veltman, uno de sus arquitectos, dice que es una alfombra bajo la que barremos nuestra ignorancia. Glasgow es menos amable y lo llamó retrete donde echamos las incoherencias de nuestras teorías actuales. La objeción principal: que no teníamos la menor prueba experimental que parece que va asomando la cabeza en el LHC.
Esperemos que la partícula encontrada, el bosón hallado, sea en realidad el Higgs dador de masa a las demás partículas pero… ¡Cabe la posibilidad de que sólo sea el hermano menor! de la familia. El modelo estándar es lo bastante fuerte decirnos que la partícula de Higgs de menor masa (podría haber muchas) debe “pesar” de 1 TeV. ¿Por qué? Si tiene más de 1 TeV, el modelo estándar se vuelve incoherente y tenemos la crisis de la unitariedad.
Después de todo esto, tal como lo están planteando los del CERN, se llegar a la conclusión de que, el campo de Higgs, el modelo estándar y nuestra idea de cómo se hizo el Universo dependen de que se encuentre el Bosón de Higgs. Y , por fin, el mayor Acelerador del mundo, el LHC, nos dice que el Bosón ha sido encontrado y las pruebas tienen una fiabilidad enorme.
¡La confianza en nosotros mismos, no tiene límites! Pero el camino no ha sido recorrido por completo y quedan algunos tramos que tendremos que andar para poder, al fín, dar una explicación más completa, menos oscura y neblinosa que lo que hasta el momento tenemos, toda vez que, del Bosón de Higgs y de su presencia real, dependen algunos detalles de cierta importancia para que sean confirmados nuestros conceptos de lo que es la masa y, de paso, la materia.
¿Pasará igual con las cuerdas?
Pero volviendo al principal tema aquí tratado, ya todo eso quedó sobrepasado y el Bosón de Higgs (según nos dijeron los del CERN), ha sido descubierto para que le concedieran el Nobel de Física a Peter Ware Higgs —el primero en predecir la existencia del bosón— junto al físico François Englert. Desgraciadamente, el belga Robert Brout -también merecedor al premio- no pudo estar presente, se marchó antes de tiempo para hacerlo posible.
.. “Nature publica una recreación del experimento E122 de hace 35 años,” LCMF, 06 Feb 2014; “Los quarks se mueven al otro lado del espejo,” Agencia SINC, …
Los quarks al otro lado del espejo. También un Equipo de Científicos del Laboratorio Nacional Jefferson Lab (EEUU) han verificado la rotura de la simetría de paridad (también llamada simetría del espejo) en los quarks mediante el bombardeo de núcleos de deuterio con electrones de alta energía. Los núcleos de deuterio están formados por un protón y un neutrón, es decir, por tres quarks arriba y tres quarks abajo. La dispersión inelástica entre un electrón y un quark, es decir, su colisión, está mediada por la interacción electrodébil, tanto por la fuerza electromagnética como por la fuerza débil. Esta última es la única interacción fundamental que viola la simetría de paridad.
Tenemos que saber cómo la violación de la simetría CP (el proceso que originó la materia) aparece, y, lo que es más importante, hemos de introducir un nuevo fenómeno, al que llamamos campo de Higgs, para preservar la coherencia matemática del modelo estándar. La idea de Higgs, y su partícula asociada, el bosón de Higgs, cuenta en todos los problemas que he mencionado antes. Parece, con tantos parámetros imprecisos (19) que, el modelo estándar se mueve bajo nuestros pies.
Entre los teóricos, el casamiento de la relatividad general y la teoría cuántica es el problema central de la física moderna. A los esfuerzos teóricos que se realizan con ese propósito se les llama “supergravedad”, “súpersimetría”, “supercuerdas” “teoría M” o, en último caso, “teoría de todo o gran teoría unificada”.
La Física nos lleva de vez en cuando a realizar viajes alucinantes. Se ha conseguido relacionar y vibrar a dos diamantes en el proceso conocido como entrelazamiento cuántico. El misterioso proceso, al que el propio Eisntein no supo darle comprensión completa, supone el mayor avance la fecha y abre las puertas de la computación cuántica. que nos hagamos una idea del hallazgo, en 1935 Einstein lo llegó a denominar la “acción fantasmal a distancia”. Un efecto extraño en donde se conecta un objeto con otro de manera que incluso si están separados por grandes distancias, una acción realizada en uno de los objetos afecta al otro.
Ahí tenemos unas matemáticas exóticas que ponen de punta hasta los pelos de las cejas de algunos de los mejores matemáticos del mundo (¿y Perelman? ¿Por qué nos se ha implicado?). Hablan de 10, 11 y 26 dimensiones, siempre, todas ellas espaciales menos una que es la temporal. 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 (también tridimensional), ver más dimensiones. Pero llegaron Kaluza y Klein y compactaron, en la longitud de Planck las dimensiones que no podíamos ver. ¡Problema solucionado! Pero se sigue hablando de partículas supersimétricas.
¿Quién puede ir a la longitud de Planck para verla? La longitud de una estas cuerdas es de 10-35 (longitud de Planck) algo tan extremadamente pequeño que sería complicado poder ver alguna vez.
La puerta de las dimensiones más altas quedó abierta y, a los teóricos, se les regaló una herramienta maravillosa. En el Hiper-espacio, todo es posible. Hasta el matrimonio de la relatividad general y la mecánica cuántica, allí si es posible encontrar esa soñada teoría de la Gravedad cuántica.
Así que, los teóricos, se han embarcado a la búsqueda de un objetivo audaz: buscan una teoría que describa la simplicidad primigenia que reinaba en el intento calor del universo en sus primeros tiempos, una teoría carente de parámetros, donde estén presentes todas las respuestas. Todo debe ser contestado a partir de una ecuación básica.
¿Dónde radica el problema?
El problema está en que la única teoría candidata no tiene conexión directa con el mundo de la observación, o no lo tiene todavía si queremos expresarnos con propiedad. La energía necesaria para ello, no la tiene ni la nueva capacidad energético del acelerador de partículas LHC . Ni sumando todos los aceleradores de partículas de nuestro mundo, podríamos lograr una energía de Planck (1019 GeV), que sería necesaria para poder llegar hasta las cuerdas vibrantes de la Teoría. Ni en las próximas generaciones seremos capaces de poder utilizar tal energía.
La verdad es que, la teoría que ahora tenemos, el Modelo Estándar, concuerda de manera exacta con todos los datos a bajas energías y contesta cosas sin sentido a altas energías. Sabemos sobre las partíoculas elementales que conforman la materia bariónica, es decir, los átomos que se juntan para formar moléculas, sustancias y cuerpos… ¡La materia! Pero, no sabemos si, pudiera haber algo más elemental aún más allá de los Quarks y, ese algo, pudieran ser esas cuerdas vibrantes que no tenemos capacidad de alcanzar.
¡Necesitamos algo más avanzado!
Se ha dicho que la función de la partícula de Higgs es la de dar masa a las Cuando su autor lanzó la idea al mundo, resultó además de nueva muy extraña. El secreto de todo radica en conseguir la simplicidad: el átomo resulto ser complejo lleno de esas infinitesimales partículas electromagnéticas que bautizamos con el nombre de electrones, resultó que tenía un núcleo que contenía, a pesar de ser tan pequeño, casi toda la masa del átomo. El núcleo, tan pequeño, estaba compuesto de otros objetos más pequeños aún, los quarks que estaban instalados en nubes de otras partículas llamadas gluones y, ahora, queremos continuar profundizando, sospechamos, que después de los quarks puede haber algo más.
Con 7 TeV ha sido suficiente para encontrar la famosa partícula de Higgs pero…
Bueno, la idea nueva que surgió es que el espacio entero contiene un campo, el campo de Higgs, que impregna el vacío 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. Las partículas influidas por este campo, toman masa. Esto no es por sí mismo destacable, pues las partículas pueden tomar energía de los campos (gauge) de los que hemos comentado, del campo gravitatorio o del electromagnético. Si llevamos un bloque de plomo a lo alto de la Torre Eiffel, el bloque adquiriría energía potencial a causa de la alteración de su posición en el campo gravitatorio de la Tierra.
Como E=mc2, ese aumento de la energía potencial equivale a un aumento de la masa, en este caso la masa del Sistema Tierra-bloque de plomo. Aquí hemos de añadirle amablemente un poco de complejidad a la venerable ecuación de Einstein. La masa, m, tiene en realidad dos partes. Una es la masa en reposo, m0, la que se mide en el laboratorio cuando la partícula está en reposo. La partícula adquiere la otra parte de la masa en virtud de su movimiento (como los protones en el acelerador de partículas, o los muones, que aumentan varias veces su masa cuando son lanzados a velocidades cercanas a c) o en virtud de su energía potencial de campo. Vemos una dinámica similar en los núcleos atómicos. Por ejemplo, si separamos el protón y el neutrón que componen un núcleo de deuterio, la suma de las masas aumenta.
Peor la energía potencial tomada del campo de Higgs difiere en varios aspectos de la acción de los campos familiares. La masa tomada de Higgs es en realidad masa en reposo. De hecho, en la que quizá sea la versión más apasionante de la teoría del campo de Higgs, éste genera toda la masa en reposo. Otra diferencia es que la cantidad de masa que se traga del campo es distinta para las distintas partículas.
Los teóricos dicen que las masas de las partículas de nuestro modelo estándar miden con qué intensidad se acoplan éstas al campo de Higgs (podría ser el efecto frenado de Ramón Márquez).
La influencia de Higgs en las masas de los quarks y de los leptones, nos recuerda el descubrimiento por Pietez Zeeman, en 1.896, de la división de los niveles de energía de un electrón cuando se aplica un campo magnético al átomo. El campo (que representa metafóricamente el papel de Higgs) rompe la simetría del espacio de la que el electrón disfrutaba.
Hasta ahora no tenemos ni idea de que reglas controlan los incrementos de masa generados por el Higgs (de ahí la expectación creada por el nuevo acelerador de partículas LHC). Pero el problema es irritante: ¿por qué sólo esas masas -Las masas de los W+, W–, y Zº, y el up, el down, el encanto, el extraño, el top y el bottom, así como los leptones – que no forman ningún patrón obvio?
Las masas van de la del electrón 0’0005 GeV, a la del top, que tiene que ser mayor que 91 GeV. Deberíamos recordar que esta extraña idea (el Higgs) se empleó con mucho éxito para formular la teoría electrodébil (Weinberg-salam). Allí se propuso el campo de Higgs como una forma de ocultar la unidad de las fuerzas electromagnéticas y débiles. En la unidad hay cuatro partículas mensajeras sin masa -los W+, W–, Zº y fotón que llevan la fuerza electrodébil. Además está el campo de Higgs, y, rápidamente, los W y Z chupan la esencia de Higgs y se hacen pesados; el fotón permanece intacto. La fuerza electrodébil se fragmenta en la débil (débil porque los mensajeros son muy gordos) y la electromagnética, cuyas propiedades determina el fotón, carente de masa. La simetría se rompe espontáneamente, dicen los teóricos. Prefiero la descripción según la cual el Higgs oculta la simetría con su poder dador de masa.
Las masas de los W y el Z se predijeron con éxito a partir de los parámetros de la teoría electrodébil. Y las relajadas sonrisas de los físicos teóricos nos recuerdan que ^t Hooft y Veltman dejaron sentado que la teoría entera esta libre de infinitos.
Todos los intentos y los esfuerzos por hallar una pista del cuál era el origen de la masa fallaron. Feynman escribió su famosa pregunta: “¿Por qué pesa el muón?”. Ahora, por lo menos, tenemos una respuesta parcial, en absoluto completa. Una vez potente y segura nos dice: “!Higgs¡” Durante más de 60 años los físicos experimentadores se rompieron la cabeza con el origen de la masa, y ahora el campo Higgs presenta el problema en un contexto nuevo; no se trata sólo del muón. Proporciona, por lo menos, una fuente común para todas las masas. La nueva pregunta feynmariana podría ser: ¿Cómo determina el campo de Higgs la secuencia de masas, aparentemente sin patrón, que da a las partículas de la matería?
La variación de la masa con el estado de movimiento, el cambio de masa con la configuración del sistema y el que algunas partículas (el fotón seguramente y los neutrinos posiblemente) tengan masa en reposo nula son tres hechos que ponen entre dicho que el concepto de masa sea una tributo fundamental de la materia. Habrá que recordar aquel cálculo de la masa que daba infinito y nunca pudimos resolver; los físicos sólo se deshicieron del “renormalizándolo”, ese truco matemático que emplean cuando no saben hacerlo bien.
En los alrededores de Ginebra (Suiza), en las entrañas de las montañas del Jura construyeron un túmel de 27 Km. de circunferencia. Es el Acelerador más grande del mundo, el LHC. Allí mismo se está planeando construir uno mayor aún con el que, utilizando energías inusitadas e impensables hasta hace unos pocos años, se tratará de buscar el origen de la masa.
Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas. Hace que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrinseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno.
La idea de que la masa no es intrínseca como la carga o el espín resulta aún más plausible por la idílica idea de que todos los quarks y fotones tendrían masa cero. En ese caso, obedecerían a una simetría satisfactoria, la quiral, en la que los espines estarían asociados para siempre con su dirección de movimiento. Pero ese idilio queda oculto por el fenómeno de Higgs.
¡Ah, una cosa más! Hemos hablado de los bosonesgauge y de su espín de una unidad; hemos comentado también las partículas fermiónicas de la materia (espin de media unidad). ¿Cuál es el pelaje de Higgs? Es un bosón de espin cero. El espín supone una direccionalidad en el espacio, pero el campo de Higgs de masa a los objetos dondequiera que estén y sin direccionalidad. Al Higgs se le llama a veces “bosón escalar” [sin dirección] por esa razón.
Pues justamente esto es lo que ocurre en la naturaleza cuando entra en acción la fuerza nuclear débil. Un quark tipo U cambia a uno tipo D por medio de la interacción débil así
Las otras dos partículas que salen son un anti-electrón y un neutrino. Este mismo proceso es el responsable del decaimiento radiactivo de algunos núcleos atómicos. Cuando un neutrón se convierte en un protón en el decaimiento radiactivo de un núcleo, aparece un electrón y un neutrino. Este es el origen de la radiación beta (electrónes).
La interacción débil, recordareis, fue “inventada” por E.Fermi para describir la desintegración radiactiva de los núcleos, que era básicamente un fenómeno de poca energía, y a medida que la teoría de Fermi se desarrolló, llegó a ser muy precisa a la hora de predecir un enorme número de procesos en el dominio de energía de los 100 MeV. Así que ahora, con las nuevas tecnologías y energías del LHC, las esperanzas son enormes para, por fin, encontrar el bosónHiggs origen de la masa… y algunas cosas más.
Hay que responder montones de preguntas. ¿Cuáles son las propiedades de las partículas de Higgs y, lo que es más importante, cuál es su masa? ¿Cómo reconoceremos una si nos la encontramos en una colisión de LHC? ¿Cuántos tipos hay? ¿Genera el Higgs todas las masas, o solo las hace incrementarse? ¿Y, cómo podemos saber más al respecto? Como s su partícula, nos cabe esperar que la veamos ahora después de gastar más de 50.000 millones de euros en los elementos necesarios para ello.
También a los cosmólogos les fascina la idea de Higgs, pues casi se dieron de bruces con la necesidad de tener campos escalares que participasen en el complejo proceso de la expansión del Universo, añadiendo, pues, un peso más a la carga que ha de soportar el Higgs.
El campo de Higgs, tal y como se lo concibe ahora, se puede destruir con una energía grande, o temperaturas altas. Estas generan fluctuaciones cuánticas que neutralizan el campo de Higgs. Por lo tanto, el cuadro que las partículas y la cosmología pintan juntas de lo que un universo primitivo puso y de resplandeciente simetría es demasiado caliente para Higgs. Pero cuando la temperatura cae bajo los 10′5grados kelvin o 100 GeV, el Higgs empieza a actuar y hace su generación de masas. Así por ejemplo, antes de Higgs teníamos unos W, Z y fotones sin masa y la fuerza electrodébil unificada.
El Universo se expande y se enfría, y entonces viene el Higgs (que engorda los W y Z, y por alguna razón ignora el fotón) y de ello resulta que la simetría electrodébil se rompe.
Tenemos entonces una interacción débil, transportada por los vehículos de la fuerza W+, W–, Z0, y por otra parte una interacción electromagnética, llevada por los fotones. Es como si para algunas partículas del campo de Higgs fuera una especie de aceite pesado a través del que se moviera con dificultad y que las hiciera parecer que tienen mucha masa. Para otras partículas, el Higgs es como el agua, y para otras, los fotones y quizá los neutrinos, es invisible.
De todas las maneras, es tanta la ignorancia que tenemos sobre el origen de la masa que, nos agarramos como a un clavo ardiendo el que se ahoga, en este caso, a la partícula de Higgs que, algunos, han llegado a llamar, de manera un poco exagerada:
¡La partícula Divina! (Como la llamó Lederman en su libro).
¡Ya veremos en que termina todo esto! Y que explicación se nos ofrece desde el CERN en cuanto al auténtico escenario que según ellos, existe en el Universo para que sea posible que las partículas tomen su masa de ese oceáno de Higgs, en el que, según nuestro amigo Ramón Márquez, las partículas se frenan al interaccionar con el mismo y toman su masa, el lo llama el “efecto frenado”.
Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, introdujo la idea en la física de partículas. La utilizaron los teóricos steven Weinberg y Abdus Salam, que trabajaban por separado, para comprender como se convertía la unificada y simétrica fuerza electrodébil, transmitida por una feliz familia de cuatro partículas mensajeras de masa nula, en dos fuerzas muy diferentes: la QED con un fotón carente de masa y la interacción débil con sus W+, W– y Z0 de masa grande. Weinberg y Salam se apoyaron en los trabajos previos de Sheldon Glasgow, quien tras los pasos de Julian Schwinger, sabía sólo que había una teoría electrodébil unificada, coherente, pero no unió todos los detalles. Y estaban Jeffrey Goldstone y Martines Veltman y Gerard’t Hooft. También hay otras a los que había que mencionar, pero lo que siempre pasa, quedan en el olvido de manera muy injusta. Además, ¿Cuántos teóricos hacen falta para encender una bombilla?
El maestro, allá donde se pueda encontrar, estará riendo al ver que, cuando los físicos manipulan las ecuaciones de campo de la teoría de cuerdas, como por arte de magia, sin que nadie las llame, allí aparecen las ecuaciones de campo de la Relatividad General… ¿Por qué será?
La verdad es que, casi siempre, han hecho falta muchos. Recordemos el largo recorrido de los múltiples detalle sueltos y físicos que prepararon el terreno para que, llegara Einstein y pudiera, uniéndolo todos, exponer su teoría relativista. (Mach, Maxwell, Lorentz… y otros).
Sobre la idea de la “materia oscura”, Veltman, premio Nobel de Física, dice que es una alfombra bajo la que barremos nuestra ignorancia. Glasgow es menos amable y lo llamó retrete donde echamos las incoherencias de nuestras teorías actuales. La objeción principal: que no tenemos la menor prueba experimental.
Ahora, por fin la tenemos con el LHC, y ésta pega, se la traspasamos directamente a la teoría de supercuerdas y a la materia oscura que, de momento, están en la sombra y no brillan con luz propia, toda vez que ninguna de ellas ha podido ser verificada, es decir, no sabemos si el Universo atiende a lo que en ellas se predice.
El modelo estándar es lo bastante fuerte para decirnos que la partícula de Higgs de menor masa (podría haber muchas) debe “pesar” menos de 1 TeV. ¿Por qué? Si tiene más de 1 TeV, el modelo estándar se vuelve incoherente y tenemos la crisis de la unitariedad.
Después de todo esto, llego a la conclusión de que, el campo de Higgs, el modelo estándar y nuestra idea de cómo pudo surgir el Universo no dependía de que se encontrara el el bosón de Higgs o se averigüe si realmente existe la materia oscura, Aunque sepamos llegar al fondo de la Teoría de Cuerdas y confirmarla, Poder crear esa Teoría cuántica de la Gravedad…Y, en fín, seguir descubriendo los muchos misterios que no nos dejan saber lo que el Universo es. Ahora, por fin, tenemos grandes aceleradores y Telescopios con la energía necesaria y las condiciones tecnológicas suficientes para que nos muestre todo eso que queremos saber y nos digan dónde reside esa verdad que incansables perseguimos. Sin embargo, siempre seguiremos haciendo preguntas y siempre, también, serán insuficientes, los aparatos que podamos construir para que nos digan como es el Universo y cómo funciona la Naturaleza. Saberlo todo, nunca sabremos.
¡La confianza en nosotros mismos, no tiene límites! Pero…, no siempre ha estado justificada.
“No me gusta que me llamen mujer matemática. Soy una persona matemática que resulta ser mujer”.
La primera ganadora del ‘Nobel’ de matemáticas reconoce su deuda con la lucha feminista
La matemática Karen Uhlenbeck en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton. ANDREA KANE / IAS
El domingo pasado, cuando salía de la iglesia, la matemática estadounidense Karen Uhlenbeck vio que tenía un mensaje de texto en su móvil: “¿Puedes aceptar una llamada telefónica desde Noruega, por favor?”. Uhlenbeck, nacida en Cleveland hace 76 años, acababa de ganar el Premio Abel, dotado con unos 600.000 euros y considerado el Nobel de las matemáticas. Tras 19 hombres, la Academia de Ciencias y Letras de Noruega resolvía por primera vez conceder el galardón a una mujer. “Todavía estoy abrumada y sorprendida”, explica la profesora visitante del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton.
Uhlenbeck ha revolucionado la ciencia en la encrucijada entre la física y las matemáticas. Sus ideas vanguardistas se han aplicado en campos como la teoría de cuerdas y la geometría del espacio-tiempo. Y todo lo ha logrado en un mundo, el de las matemáticas, “maravilloso y divertido”, pero que estuvo prácticamente vetado a las mujeres hasta que llegó ella. Cuando comenzó a buscar trabajo hace medio siglo, le espetaron que nadie contrataba a chicas matemáticas, porque debían estar en casa y tener bebés. Uhlenbeck, también profesora emérita de la Universidad de Texas en Austin, responde por teléfono desde Princeton a las preguntas de EL PAÍS.
Pregunta. Su colega Charles Fefferman suele decir que las matemáticas son una partida de ajedrez contra el diablo: te aplasta una y otra vez hasta que aprendes sus trucos y le ganas. ¿Qué son las matemáticas para usted?
Respuesta. Las matemáticas son un precioso esfuerzo humano con ideas maravillosas. Es un lenguaje asombroso. Yo he disfrutado de verdad ser matemática. Y estoy muy contenta de que las matemáticas que he hecho hayan acabado siendo útiles.
P. Usted se enteró de que había ganado el Premio Abel al salir de la iglesia el domingo por la mañana. ¿Es usted religiosa?
R. No soy lo que cualquier persona llamaría religiosa. Voy a una iglesia unitaria universalista, que es una iglesia que cree en la justicia social y en el desarrollo personal. Creo que es muy útil ir allí y hablar con personas preocupadas por el planeta y que pasan mucho tiempo intentando hacer el bien.
“No me gusta que me llamen mujer matemática. Soy una persona matemática que resulta ser una mujer”
P. Las matemáticas y la religión no parecen amigos obvios.
R. La religión es una parte muy importante de la humanidad. Yo no creo necesariamente en Dios, pero sí creo que la gente tiene un lugar para la religión dentro de su alma. No hay un conflicto directo entre pensar esto y reconocer la belleza de las matemáticas.
P. Usted sabe que mucha gente la ve como una mujer matemática, no solo como una matemática a secas. ¿Está cansada de esto?
R. De hecho, no me gusta que me llamen “mujer matemática”. Soy una persona matemática que resulta ser una mujer. Nunca me he sentido a gusto siendo la mujer matemática. Creo que le pasa a todas las científicas. No quieren ser vistas como la mujer o la negra o la estadounidense. Quieren ser valoradas por lo que hacen, por su propio trabajo.
P. ¿Es duro ser un modelo a seguir?
R. Sí, es duro ser un modelo a seguir. Siempre digo que lo importante de los modelos es mostrar que las personas pueden triunfar incluso con todos sus fallos y errores. Hay que mostrar que no somos perfectos. Hay que inspirar a las mujeres jóvenes y que se den cuenta de que pueden conseguir lo que se propongan, aunque no sean perfectas.
P. Usted estuvo en la Universidad de Berkeley entre 1969 y 1971, en plena Guerra de Vietnam. Era la época de la segunda ola del feminismo en EE UU. Ahora estamos en la cuarta ola. ¿Cómo ve esta evolución?
“Las grandes diferencias entre hombres y mujeres se deben a factores socioeconómicos”
R. Creo que está siendo maravillosa para las mujeres. Tras la Segunda Guerra Mundial, las décadas de 1950 y 1960 fueron una época en la que se intentaba disuadir a las mujeres de hacer cualquier cosa. La primera ola del feminismo consiguió que las mujeres obtuvieran el derecho a votar, a comienzos del siglo XX. Y yo creo que el libro La mística de la feminidad, de Betty Friedan, fue el que realmente empezó el movimiento [en 1963] para que se permitiera a las mujeres hacer cosas fuera de su casa. En aquella época yo no quería pensar en el hecho de que se daba por supuesto que las mujeres no debían hacer matemáticas. Yo no quería pensar en el problema político, solo quería hacer matemáticas. Pero, en retrospectiva, le debo mucho a este movimiento.
P. ¿Qué le diría a las personas que piensan que los cerebros de hombres y mujeres son muy diferentes y por eso hay más hombres en el mundo de las matemáticas?
R. No creo que nadie pueda diferenciar las matemáticas hechas por hombres de las matemáticas hechas por mujeres. Y, sea cual sea la verdad, los hombres siempre han tenido ventajas. Las grandes diferencias entre hombres y mujeres se deben a factores socioeconómicos.
P. Usted fue a clases de surf a los 40 años. Una mujer de 40 años sobre una tabla de surf no es la típica imagen de un matemático.
R. He hecho muchas cosas en mi vida [se ríe]. Estoy muy orgullosa de haber terminado una Century Ride, que son rutas de 100 millas [unos 160 kilómetros] en bicicleta en un solo día.
P. Muchas mujeres con talento deciden abandonar las matemáticas. ¿Por qué?
R. Hay muchas razones: presiones personales, presiones económicas, no estar a gusto con el tipo de trabajo que hacen… En realidad, también bastantes hombres abandonan las matemáticas. Muchas mujeres que no tienen una cátedra o un puesto apetecible trabajan dando clases de matemáticas, en estadística u otras cosas. Las mujeres abandonan las matemáticas menos de lo que se dice. Lo que ocurre a menudo es que no tienen un trabajo apetecible y entonces dejan las matemáticas, que no es exactamente lo mismo.
“El tipo de matemáticas que yo hago es muy salvaje”
P. Todo el mundo piensa en las matemáticas como algo ordenado y minucioso. Usted, sin embargo, dice que no le gusta la organización.
R. Es cierto. El tipo de matemáticas que yo hago es muy salvaje. Es muy diferente a otros campos. El famoso matemático sueco Lennart Carleson dijo una vez que el análisis lineal es como un jardín y el análisis no lineal es como la jungla. Y yo hago análisis no lineal. No puedes sentarte, empezar un problema y llegar al final. Tienes que intentar 25 maneras diferentes de abordar el problema y quizá llegues a algún sitio. Pero es una búsqueda apasionante.
P. Ha dicho que gracias a sus estudiantes se ha dado cuenta de que las teorías de enseñanza no tienen sentido.
R. Las personas piensan de manera muy diferente. Todos mis estudiantes han pensado de manera diferente unos de otros. Y mi experiencia dando clase a estudiantes universitarios es que hay una tremenda variabilidad en cómo piensan. Hay muchas teorías de enseñanza, pero normalmente solo tienen en cuenta una manera de pensar, cuando hay muchas.
P. Sus padres valoraban la actividad intelectual, pero creían que ganar dinero era más importante, según contó usted en el libro Travesías de mujeres en ciencia e ingeniería: no hay constantes universales (Temple University Press, 1997). El Premio Abel está dotado con más de 600.000 euros. Sus padres estarían orgullosos en ambas facetas.
R. Mis padres salieron de la universidad en 1932, en lo peor de la Gran Depresión. Estaban muy preocupados por que sus hijos ganasen dinero. Lo entiendo. Y sí, supongo que estarían orgullosos.
Karen Uhlenbeck cuenta que ha recibido una tonelada de felicitaciones. ¿Le ha llamado el presidente Donald Trump para darle la enhorabuena por ser la primera mujer que gana el llamado Nobel de matemáticas? “No, aunque tengo muchísimos e-mails sin abrir. Mi número de teléfono es más secreto”, señala.
La hoy científica se crio en una comunidad rural en el norte del Estado de Nueva Jersey. Su madre, artista, y su padre, ingeniero, eran del Partido Demócrata y acudían a una iglesia unitaria, un movimiento religioso liberal que, por ejemplo, acoge a las personas LGTB con los brazos abiertos. Los vecinos de la familia, en general, eran del Partido Republicano y católicos o protestantes. En aquel ambiente singular, cree Uhlenbeck, aprendió a pensar de manera diferente.
“Trump no parece llevarse muy bien con la ciencia. Me preocupa mucho que no escuche lo que dicen los científicos sobre lo que está ocurriendo en el mundo. Pero reconozco que se ha seguido apoyando a la ciencia incluso durante esta administración”, apunta la matemática.
Cuando el Verano se acerca, todo cambia. En los salientes de las fachadas se pueden ver los nidos de golondrinas y, en cuanto el día despunta, es una auténtica algarabía de sonidos que no precisamente trinos. A España las primeras golondrinas llegan desde África a mediados de febrero, atravesando el Estrecho de Gibraltar. En marzo ya pueden verse muchas golondrinas y en los primeros quince días de abril es cuando pasan el mayor número de golondrinas. Durante todo el verano están por otras partes y son el despertador de muchos pueblos y ciudades. En otoño la migración la hacen en sentido inverso, volviendo a África en los meses de septiembre y octubre.
Hace ahora un año, que os contaba algo de por aquí, de mi tierra, Huelva. Os dejaba esta entrada en la que os enseñaba algunas de las playas que podemos disfrutar. Para recordarlo, aquí os lo dejo de nuevo por si alguno de ustedes quiere darse una vuelta por las playas blancas de arena fina.
Os decía:
“Ayer por la tarde, como suelo hacer casi todos los días menos los sábados y domingos que las playas están saturadas, con mi esposa, nos sentamos en la Terraza de un Chiringuito a orillas de la Playa, las olas finalizan su recorrido en la orilla dejando oir su rumor al romperse contra la afina arena blanca de Punta Umbría, a orillas del Atlántico.”
Es el mejor relajante.
Si decides dar un paseo por el litoral, andando sobre la fina arena, éstos son los paisajes que vas dejando atrás a medida que avanzas. En la parte terrestre abundantes retamas en las que, con cierta facilidad puedes ver (si prestar atención, a los camaleones protegidos) y, en la parte del mar, las olas, si vas cerca de la playa, mojarán tus pies con sus idas y venidas. Es una sensación inigualable, el aire limpio y puro, exento de contaminaciones químicas, la Naturaleza en estado puro.
Nunca podría estar en ese lugar que arriba podemos contemplar, el gentío me agobia y, aunque me encuentro bien conmigo mismo, una buena compañía nunca está nada mal. Alguien con quien poder conversar, intercambiar ideas y pareceres, poder expresar tus pensamientos y escuchar los ajenos de los que siempre, podremos aprender alguna cosa.
Aquí, seguramente, si me podréis encontrar en cualquier momento, tranquilamente sentado mirando al horizonte y pensando en la grandiosidad de la que formamos parte y en las muchas implicaciones que todo eso conlleva, nuestra complejidad que junto con la que nos rodea es ese conjunto de cosas que no hemos podido llegar a comprender y que, en conjunto, conforma la estructura de un vasto Universo lleno de secretos que tendremos que desvelar, más tarde o más temprano, de ello, dependerá lo que pueda ser de nuestra especie.
Esta vista de Punta Umbría, la Playa de Huelva, nos muestra desde el aire, un pueblecito de pescadores que se ha llenado de Hoteles y apartamentos, aquello parece una invasión de las masas que acuden en tropell y, sus vehículos, no dejan un hueco libre en plazas y calles. Parte del encanto que allí se podía disfrutar se fue, y, ahora, en contadas horas, puedes disfrutar de lugares tranquilos y de la belleza natural que la zona ofrece.
Aunque tenemos un Apartamento con garaje y trastero, al estar los dos chicos mayores en sus obligaciones: Uno en Madrid en una multinacional como Abogado Administrador de Empresas, encargado de la Tesorería de la central y filiales en Perú y México, y, la chica, en Sevilla de Sub-directora en una Escuela de Música (Ya hoy en Madrid), a la vez que da algún que otro concierto y participa en el Coro de la Ciudad, y, por último, los dos pequeños, Emi, estudia Ingeniero Mecánico en la Universidad, Alicia, se prepara para la Administración, y, aunque les gusta la Naturaleza… no son muy playeros. Por nuestra parte, mi mujer prefiere un ratito de playa y volver a casa. Mientras tanto ella toma su baño mixto de agua y Sol, yo me sitúo cómodamente sentado en una silla con una mesa sobre la que coloco la libreta de turno o el libro (si ha tocado leer). Allí, en la tranquilidad y con el fondo del murmullo de las olas, escribo cada día durante algo más de una hora.
Así, desde mi privilegiada atalaya cercana al océano, puedo ver como mi esposa toma el Sol y se da un baño, mientras escribo mis pensamientos de cada día en estas libretas que llevo siempre a cuestas en el coche, en cuqluqier rincón de la casa, en la oficina, en cualquier lugar en el que, de pronto, se me puedan ocurrir ideas que merezcan la pena llevar al papel en blanco de sus hojas.
Los políticos embusteros, prometen para recoger y, nunca dan lo prometido.
Aunque los políticos lo prometieron, el Ave aún no llegó a Huelva, y, como siempre ha pasado, tenemos que desplazarnos hasta Sevilla para poder cogerlo hasta Madrid. Lugar al que, de vez en cuando, tengo que desplazarme por razones de reuniones y seminarios relacionados con la Fisica o la Astronomía. Ser miembro de los Grupos Especializados de Astrofísica y Física Teórica de la RSEF, conlleva algunas obligaciones. Por estas fechas, se celebra la Bienal de Física en Valencia y se dará cuenta de las últimas elecciones a la Presidencia. Espero poder estar allí y que salga elegido mi amigo y compañero el Catedrático de Física de la Universidad de Valencia, Señor Azcárraga.
Cada uno de ellos tiene sus ventajas según para qué viajes
Así que, dejando a un lado el Avión que, a la larga es más engorroso que el Tren, los viajes y desplazamientos largos los hago mediante este medio más seguro y, aunque pueda tardar algo más, su comodidad compensa. En los viajes más cortos de menos de 300 kilómetros, prefiero mi propio coche que me da (nos da) la oportunidad de parar en cualquier sitio que nos guste para tomar alguna cosa o descansar.
Es cierto, no sólo de Pan vive el Hombre y, necesita tener otras cosas, disfrutar de otras cuestiones para poder llegar a ser feliz, sentir que su Alma está llena de gozo a través de admirar la Naturaleza, una conversación, una mirada o una caricia, un paisaje o una buena lectura. También los pensamientos pueden, en ocasiones, transportarnos hacia esos lugares soñados, a esos mundos idílicos que nos puedan proporcional la felicidad que aquí no encontramos, toda vez que, cuando miramos a nuestro alrededor, no todo es bello ni admisible para nuestros sentidos.
Mientras tanto, yo continuaré escribiendo en mis libretas y en ellas, volcaré todos aquellos pensamientos que a mi mente acudan. Unas veces serán de Física y otras de Astronomía. No pocas veces me visita la filosofía y, cuando ésta no puede dilucidar mis preguntas, sigo adelante y llego hasta la metafísica en la que siempre me pierdo pero, en ella, puedo imaginar mundos que podrían ser, seres que posiblemente serán, y cuestiones que, sin ser de este mundo, en este mundo pueden ser pensadas. Dibujos de las imágenes que “veo” en mis pensamientos acompañan a estos escritos que, algún día, serán publicados.
¡La Imaginación! ¿Habrá algo más grande que eso en nuestro Universo?
En el Blog Taringa, me encuentro este trabajo que tenía olvidado.
Como no sabemos a ciencia cierta, la verdadera naturaleza de muchas de las cosas que creemos conocer, se podría dar el caso de que, en el centro del núcleo atómico y dentro de un protón y un neutrón, dos Quarks, estuvieran entablando la conversación siguiente:
_ Oye, amigo up, ¿no te cansas de estar aquí confinado? ¿no te gustaría conocer qué mundo puede haber fuera de éste nuestro tan reducido en el que vivimos?
_ Pues, si te digo la verdad, estimado down, si que estoy un poco frustrado de que, los persistentes Gluones, no me dejen alejarme mucho de la demarcación estipulada por la libertad sintótica. Y, si te he de ser sincero, preferiría mirar el mundo que, según indicios que me han llegado, es mucho mayor de lo que nosotros podemos contemplar.
_ Llevas toda la razón, a veces me desespera este mar de gluones que nos agarra impidiéndonos salir al exterior misterioso. ¿Qué cosas podríamos contemplar ahí fuera?
_ ¡Os queréis callar! (Dijo un protón) Con vuestra charla me estáis distrayendo y no puedo solucionar el problema que me he planteado de sí, en realidad, uno de ustedes puede ser más masivo que yo. Teniendo en cuenta que estoy conformado de tres de ustedes, ¿cómo es posible que uno sólo pueda ser más masivo si estuviera en estado libre?
_ Que pregunta más tonta, amigo protón, a estas alturas deberías saber que, nadie sabe cuál es la masa de los quarks, ya que ningún quark puede ser observado de forma libre. Solo conocemos de forma precisa la masa del quark top (cima), ya que su gran masa hace que el error relativo en la medida permita un error absoluto pequeño. Sin embargo, muchos proclaman el descubrimiento de fórmulas matemáticas que permiten calcular la masa de todas (o casi todas) las partículas elementales (leptones y quarks). Pero, centrándonos en la pregunta que te atormenta, sí te puedo decir que, al menos en teoría, la masa del Quarks es mayor que la del Protón, toda vez que la energía potencial que se le atribuye si estuviera en estado libre, sería mayor que la tuya.
_ Sí, eso me temía. Hemos podido constatar que, ahí fuera, hay seres que se interesan por nosotros y últimamente, nos meten en máquinas enormes para hacernos chocar los unos contra los otros buscando qué puede haber dentro de nosotros. ¿Por qué lo harán? ¿Qué pueden conseguir con destruirnos?
_ Nuestra familia que está compuesta por tres generaciones, sabe que, esos extraños seres han llegado a conseguir, en sus estudios sobre nosotros que, los quarks, somos partículas elementales y que os formamos a vosotros los protones y neutrones, hasta ahora habíamos sido notablemente difíciles de detectar, y aún más de pesar. Un grupo de investigación ha calculado, con un pequeño margen de error, la masa (expresada en su valor energético) de tres de nosotros, los quarks más ligeros, y por tanto más escurridizos: Up, Down y Strange.
_ Según parece, el resultado obtenido por estos experimentos, es que, el quark up pesa aproximadamente 2 Megaelectronvoltios (MeV), el quark down pesa alrededor de 4,8 MeV, y el quark strange pesa cerca de 92 MeV.
_ Bueno, lo cierto es que, junto con los que ellos llaman electrones conformamos toda la materia conocida (según les he podido oír comentar) y, al parecer, carecen de las herramientas necesarias que les permita llegar más lejos de nosotros, y, por tal motivo, desconocen a las pequeñas briznas luminosas de las que, nosotros losquarks, estamos hechos, no tienen, en sus máquinas, la energía necesaria para llegar hasta ellas. Así que, están dando palos de ciego y teorizando no sin desbarrar en más de una ocasión pero, son tan persistentes que, terminarán conociendo la verdadera estructura del átomo y, en definitiva de la materia. ¡Qué gente tan extraña! Parece como si sólo supieran hacer preguntas.
Los físicos estudian las partículas subatómicas
Tratan de desvelar sus secretos de carga, masa…
_ Sí, eso parecen esos extraños seres que llaman humanos, ellos nos estudian a nosotros y no son conscientes de que nosotros, de la misma manera, podemos estudiarlos a través de las ondas electromagnéticas que emiten sus cerebros pensantes que4, están determinados a llegar hasta el fondo de los Quarks. Bueno, también de los protones y Neutrones lo quieren saber todo y, de hecho, han llegado a saber muchas de sus peculiaridades y de los parámetros que los conforman, los llaman bariones y lo clasifican en la familia de los hadrones, y, al mismo tiempo, dicen que son fermiones con unas características determinadas distintas a la de los mesones, y, además, como forman parte del núcleo del átomo, lo llaman también nucleones.
_ Sí, pero estos bariones, en realidad están supeditados a nosotros los Quarks. Según nos combinamos será un protón o un neutrón. Existe otra diferencia entre elprotón y el neutrón: dependiendo de qué combinación de quarks forma un hadrón, éste puede ser más o menos estable. Por ejemplo, ya dijimos que un protón libre podría no ser estable, pero de ser inestable su vida media probablemente es mucho mayor que la edad actual del Universo.
_ Sin embargo, debido a la combinación de quarks que forman el neutrón, un neutrón libre (no asociado al núcleo de un átomo) tiene una vida mucho más corta: unos 15 minutos. Ésa es la razón de que puedas encontrar muchos protones libres en el Universo (núcleos de hidrógeno sin el electrón), pero es muy difícil verneutrones libres más de unos minutos. Cuando un neutrón se desintegra, lo hace en un protón, un electrón y un antineutrino.
_ Debido a que un neutrón libre sólo permanece como tal durante un cuarto de hora, es difícil disponer de ellos (a diferencia de otras partículas): hay que generarlos según se necesitan. La mayor parte de ellos se obtienen de reacciones nucleares espontáneas de elementos radiactivos, que sufren la fisión de forma natural (como el polonio o el radio), emitiendo neutrones en el proceso.
_ ¡Y los neutrones libres son muy peligrosos! De hecho, es uno de los productos de la desintegración radiactiva más peligrosos que hay. Piensa que otras partículas emitidas en las reacciones nucleares, como los electrones, aunque son peligrosas, son fáciles de parar. Las partículas cargadas, en cuanto entran en contacto con un medio material más o menos denso, empiezan a desviarse (debido a la fuerza eléctrica), a ionizar átomos arrancando electrones que se llevan parte de la energía y se mueven en otra dirección. Es decir, la energía de esas partículas se disipa relativamente rápido.
_ Por eso, si vas a estar en un lugar en el que puede haber emisión de protones o electrones, un recubrimiento de plomo es una protección muy buena. De hecho, al ser un metal también absorbe muy bien los fotones, de modo que protege contra muchas clases de emisiones radiactivas (alfa, beta y gamma). Pero, ¿y los neutrones?
Al ser neutros, la única manera de que pierdan su energía es que choquen de cabeza con el núcleo de otro átomo. Por lo tanto, la protección contra neutrones requiere un espesor relativamente grande: y además, la masa atómica del núcleo de los átomos no influye mucho en su capacidad para pararlos, pues los núcleos son tan minúsculos comparados con el espacio entre ellos que un aumento de tamaño (por ejemplo, plomo en vez de hidrógeno) apenas influye. La mayor parte de los escudos contra neutrones son paredes espesas de cemento o parafina.
_ Por supuesto, la mayor parte de los neutrones que puedan llegar a tu cuerpo te atraviesan, pero tú también actúas de “escudo”: y cuando un neutrón golpea el núcleo de un átomo de una base nitrogenada de tu ADN…bueno, las consecuencias pueden ser muy desagradables, salvo que la dosis no sea muy intensa y sea breve, y además tengas suerte.
_ Es decir, que los neutrones son partículas algo anodinas cuando están en el núcleo de un átomo, pero si están libres tienen una vida relativamente corta y que puede ser peligrosa…y todo por tener un quark down en vez de uno up.
– Ellos, esos seres, hablan de los misterios de lo que llaman Mecánica Cuántica en la que nos tienen inmersos para comprender nuestros comportamientos e interacciones, así como nos desenvolvemos en situaciones distintas. Alguno de estos seres se ha llegado a preguntar por los misterios de la Mecánica Cuántica y se han preguntado si serán capaces de desvelarlos alguna vez.
_ La verdad es que está hechos un verdadero lío, y, no saben que la materia se construye sobre fundamentos frágiles. Sus grupos de los que ellos llaman los físicos, acaban de confirmar que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vació cuántico. Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interior de los protones y neutrones, que como sabéis son las partículas que aportan casi la totalidad de la masa a la materia común.
_ Hasta hace poco, los cálculos en lo que ellos llaman el enrejado QCD se concentraban en los gluones virtuales, e ignoraban otros componentes importantes del vacío como los pares de quarks y antiquarks virtuales.
¿Perdido pero interesado? Los quarks forman hadrones, que pueden ser bariones o mesones. Los bariones son partículas formadas por tres quarks de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Los mesones están formados por un quark y un antiquark de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Salvo el quark top (cuya vida media es demasiado corta para hadronizarse), todos los quarks pueden formar parte de los hadrones. LHCb es el detector de partículas del LHC especializado en los hadrones formados por quarks b (bottom o beauty) de valencia.
_ Los pares quark-antiquark pueden emerger y transformar momentáneamente un protón en una partícula diferente y más exótica. De hecho, el verdadero protón es la suma de todas estas posibilidades sucediendo al mismo tiempo.
_ Nuestros parientes del vacío, los quarks virtuales hacen mucho más complicados los cálculos, implicando la utilización de una matriz de más de 10.000 billones de números, comenta el Quark up.
_ Down le responde: “No existe ninguna computadora en la Tierra que pueda almacenar una matriz numérica tan enorme en su memoria”. Así que han tenido que hacer algunos trucos para evaluar la masa de un protón”. No, si ingenio no se les puede negar.
La verdad es que ese ingenio al que te refieres (dice Up), es lo que los ha llevado a los experimentos, que tratan de suplir su falta de energía para llegar más lejos y para ello tratan de aproximarse a los experimentos que no pueden realizar mediante simulaciones informáticas que, bien planteadas, pueden ser muy reveladoras de lo que pudiera ser.
_ Eso permitirá a los físicos someter a prueba a la QCD y buscar sus efectos más allá de la física conocida. Por ahora, sus cálculos demuestran que la QCD describe partículas basadas en nosotros los quarks de forma precisa, y que la mayor parte de nuestra masa viene de quarks virtuales y gluones que burbujean en el vacío cuántico.
_ Me parece casi imposible que, estemos aprendiendo tanto de nosotros a través de los estudios que hacen unos seres que están tan alejados de nosotros, hasta el punto de no poderlos ver y que, gracias a las señales electromagnéticas que nos envían, hemos podido contactar, es una maravilla.
_ Si, así es, y, además, creen que eso que ellos denominan el campo de Higgs hace también su pequeña contribución, dándonos masa a nosotros los quarks individuales, así como a los electrones y a otras varias partículas. Ese campo de Higgstambién crea masa a partir del vacío cuántico, en forma de bosones virtuales de Higgs. De modo que si el mostruo que han creado, al que llaman el LHC confirma la existencia del bosón de Higgs (que tan familiar nos resulta a nosotros), eso significará que toda la realidad es virtual.
_ Cuándo descubran la realidad del mundo en el que están inmersos, ¿crees amigo up que lo podrán soportar?
_ Bueno, estimado down, estos seres han demostrado que, pocas son las cosas que les arredran, su osadía no tiene límites y, desde luego, desde el llamado Demócrito, han podido avanzar en muy poco tiempo lo que nunca podríamos haber esperado.
_ En cualquier caso es muy difícil determinar el valor de nuestras masas (dice up), ya que a los quarks no se nos pueden tener aislados. Por otro lado, nuestra carga eléctrica es fraccionaria de la unidad fundamental de carga. Así, por ejemplo, yo tengo una carga igual a 2/3 de la unidad elemental, aunque no se pueden observar tampoco cargas fraccionadas aisladas, ya que los quarks siempre están combinados. Es decir, nosotros formamos partículas compuestas llamadas que denominan hadrones, una palabra (según dicen) derivada de la griega hadrys (fuerte); de modo que la suma de las cargas eléctricas de los quarks que constituyen un hadrón es siempre un número entero.
_ Los diversos quarks se pueden combinar entre sí para dar lugar a todas las partículas conocidas, salvo los leptones y los bosones, y con este modelo se puede llegar a una buena aproximación en el conocimiento de las partículas elementales. Sin embargo, esta concepción, basada principalmente en la carga eléctrica, deja sin explicar numerosas cuestiones. Por ejemplo, que no existan partículas formadas sólo por dos quarks ni tampoco quarks aislados. Para abordar éstas y otras cuestiones relativas a la estructura más íntima de la materia fue necesaria la introducción de un nuevo número cuántico, el color, cuyos tres valores caracterizan las partículas con mayor precisión.
_ Oye, amigo Down, la charla me está agotando y siento la necesidad estirarme y tratar de burlar la vigilancia de los 8 gluones que nos acechan y, aunque sé que mi paseo será muy limitado, lo intentaré. Hasta luego amigo.
_ Está bien, por mi parte haré lo mismo y me daré un paseo por la región contraria a la tuya, de esa manera trataré de dividir la fuerza atractiva que nos tiene confinado.
Claro que, el paseo de Up y Down fue de muy corto trayecto, ya que, la fuerza nuclear fuerte que intermedian los Gluones, trabaja de manera distinta a las otras fuerzas y, cuando más se alejan los Quarks los unos de los otros, más fuerte es la fuerza que los atrae.
Dejaremos aquí está simpática charla que han tenido estos dos minúsculos “personajillos” y, como alguien que sabía mucho más que yo, dijo alguna vez que: “todas las cosas son” y elevó la categoría de la materia (por muy pequeña que fuese) a la de SER, he confeccionado esta reunión de Up y Down con la breve intromisión de Protón, para que, dejaran aquí sus “pensamientos”.
El responsable de Taringa finalizaba así:
Hace un par de dias me encontré esta joya, al menos para mi, es una bonita forma de explicar cosas que son difíciles de entender. A mi me gustó espero que a alguno de vosotros también.
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