viernes, 14 de mayo del 2021 Fecha
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¿Por qué la Gravedad no está en el Modelo Estándar?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

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“El modelo de Glashow–Weinberg–Salam «asocia la carga electrodébil, T, a dobletes de las componentes L de los fermiones [y] singletes de las componentes R». La discusión es breve, pero precisa y segura. A los bosones débiles W+, W− y W3 de la simetría SU(2)L se les «incorpora un bosón neutro adicional de la simetría U(1)Y , al que se denota como B. [El] bosón B se combina con el bosón neutro, W3 del grupo SU(2) [para] dar lugar a uno sin masa, [el] fotón A, [y] otro masivo, el Z0«. Se introduce también el ángulo de Weinberg θW.

Los quarks de un protón son libres de moverse dentro del volumen del protón. Si se intenta tirar de uno de los quarks hacia afuera, la energía requerida es del orden de 1 GeV por Fermi, como estirar una bolsa elástica. La energía necesaria para producir una separación excede en mucho a la energía de producción de un par quark-antiquark, así que en vez de sacar un quark aislado, se producen mesones como los producidos al combinar pares de quark-antiquark.

Los model

Tras introducir de forma breve la libertad asintótica y la observación experimental de los quarks mediante jets, se presenta la interacción débil. «Se comprobó que viola la paridad. Esta propiedad debe ser incorporada a la estructura de esta interacción. Para ello, el espinor de Dirac f, que representa a cada fermión, se puede separar en dos componentes, fL y fR, cada una de las cuales corresponde a la orientación del momento respecto del espín (helicidad). [En] el caso de la desintegración β la interacción débil solo afecta a la componente e−L y a su antipartícula e+R. La componente e−R o e+L no interviene en la interacción débil».

Resultado de imagen de La teoría cuántica de campos

Toda teoría sobre las partículas elementales se desarrolla dentro del marco de la teoría cuántica de campos, que incluye tanto el modelo estándar como la teoría del núcleo. Está basada en tres supuestos fundamentales:

  • La validez de la mecánica cuántica.
  • La validez del principio de relatividad de Einstein.
  • La localidad, es decir, todas las fuerzas fundamentales surgen de procesos locales y no de la acción a distancia. Estos procesos locales incluyen la emisión y absorción de partículas.
Resultado de imagen de La teoría cuántica de campos
La comprensión de por qué las ecuaciones de la mecánica cuántica son las que son, de por qué la materia esta formada por unas partículas determinadas y de por qué existe algo como la luz vino con el éxito del modelo estándar de partículas. Un requisito clave para ello fue la reconciliación en los años 40 de la Relatividad Especial con la mecánica cuántica. Ambas son prácticamente incompatibles y solo pueden coexistir en un tipo determinado de teorías. En estas teorías las fuerzas entre partículas solo pueden surgir del intercambio de otras partículas. Además todas estas partículas son cuantos de varios tipos de campos. Por ejemplo existe un campo electrónico cuyo cuanto es el electrón y el cuanto del campo electromagnético es el fotón. No existen campos para los protones y los neutrones porque estos están formados por otras partículas elementales: los quarks, que sí tienen campos asociados.
Por eso las ecuaciones de una teoría de campos como el modelo estándar no tratan con partículas sino con campos: las partículas aparecen como manifestaciones o excitaciones de dichos campos.
Resultado de imagen de La ecuación de Dirac
El problema de unir adecuadamente la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad parecía estancado hasta que, en 1930, el físico inglés Paul Adrian Maurice Dirac logró deducir una ecuación que describe adecuadamente los fenómenos cuánticos y es compatible con el principio de la relatividad. Si existe algo así como una estética matemática, la ecuación de Dirac es una verdadera obra de arte, por la manera tan ingeniosa con la que el físico inglés resolvió un problema aparentemente irresoluble.
el modelo estándar no alcanza a ser una teoría completa de las interacciones fundamentales debido a varias cuestiones sin resolver.

Resultado de imagen de El problema del número de constantes físicas fundamentales

 

  1. El problema del número de constantes físicas fundamentales. El modelo contiene 19 parámetros arbitrarios cuyos valores se eligen para que las predicciones se ajusten a los resultados experimentales.
  2. Por qué las interacciones se dan como simetrías gauge del grupo SUC(3)×SUL(2)×UY(1).
  3. Por qué hay tres generaciones de cuarks y leptones.
  4. Por qué no hay hadrones con carga fraccionaria (a pesar que sus constituyentes, los cuarks, sí la tienen).
  5. Cuál es el origen de las masas de los leptones y los cuarks y/o la aparente jerarquía de masas.
  6. El origen de la violación CP. Dentro de él, la materia y la antimateria son simétricas. La preponderancia de la materia en el universo podría ser explicada diciendo que el universo comenzó con otras condiciones iniciales, pero la mayoría [¿quién?] de los físicos piensan que esta explicación no es elegante.
  7. No explica la materia oscura ni la energía oscura.
  • Einstein reformuló la teoría newtoniana en su Teoría de la Relatividad General. Interpretando la gravedad como geometría llegó a las llamadas ecuaciones de campo de Einstein

R_{\mu \nu} - {1 \over 2}g_{\mu \nu}\,R + g_{\mu \nu} \Lambda = {8 \pi G \over c^4} T_{\mu \nu}
Estas ecuaciones contienen tanto los resultados de Galileo como los de Newton, pero al precio de una complejidad mucho mayor. Las ecuaciones de Einstein son necesarias en algunas aplicaciones que requieren una gran precisión como las sincronizaciones de los satélites del sistema GPS.

Aun así no son universalmente válidas. Se sabe que no son aplicables a objetos extremadamente pequeños, como puede ser el centro de un agujero negro.
Los físicos (aunque han tratado de lograrlo), no han  podido incluir la fuerza de Gravedad en el Modelo Estandar de la física de partículas, parece que la Gravedad no quiere juntarse con las otras tres fuerzas fundamentales.
Resultado de imagen de La fuerza de gravedad
Sin embargo, la gravedad sí que actúa en las partículas subatómicas, pues tienen masa. Pero es una masa tan pequeña que esta interacción queda ensombrecida y su comportamiento está descrito por la interacción electromagnética (a nivel atómico) y por las interacciones nuclear débil y fuerte (a nivel subatómico.
Es decir,se trata simplemente de que el ámbito de la fuerza de Gravedad no está en ese “universo” de lo muy pequeño que casi carece de masa. Si lugar es aquel en el que pululan las estrellas, los mundos, las galaxias , agujeros negros y objetos masivos que la genera.
Resultado de imagen de Objetos que general Gravedad
Dicen que la Naturaleza es “sabia” y, precisamente por ello a cada cosda le reserva su lugar y cometido y, precisamente el de la Gravedad no se encuentra en el mundo de lo muy pequeño, sino que, por el contrario habita allí donde las masas son importantes. Cuando está presente una singularidad es tan potente que, distorsiona el Espacio y hace desaparecer el Tiempo.
Es simplemente por e4so que la fuerza de Gravedad no está presente con las otras fuerzas en el Modelo Estándar, ella, la Gravedad, necesita de grandes masas para hacer acto de presencia y realizar el trabajo que le tiene encomendado la Naturaleza.
Aunque se dice que una teoría cuantica de la Gravedad subyace en la Teoría de Cuerdas…. No parece muy factible que estas dos fuerzas incompatibles “sean amigas” alguna vez.
emilio silvera
 


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