Durante los años ochenta del siglo XX los físicos que trabajaban en partículas elementales vinieron a coincidir en que la materia consiste, por una parte, en tres pares de leptones (partículas muy ligeras o incluso casi sin masa) y sus antipartículas. Los ejemplos por antonomasia son el electrón y el correspondiente neutrino electrónico.

Por otra de tres pares de quarks y sus antipartículas, que son los que forman la llamada materia bariónica, como los protones o los neutrones. Para mantener los quarks unidos existe una fuerza, la llamada interacción fuerte, que se expresa en ocho clases de gluones. Para unir a los leptones entre sí y con los quarks está la interacción electrodébil que consiste en el fotón (para la parte “electro”) y tres partículas (bosones), W⁺, W^– y Z⁰(para la parte “débil”).

La detección de las partículas W y Z en el bienio 1982-1983 y del quark cima (top)en 1995completaron la identificación experimental de los elementos del modelo estándar (a falta del bosón de Higgs). Los éxitos del modelo dieron lugar a las teorías de gran unificación (TGU), orientadas a unificar las interacciones fuerte y electrodébil, y a alentar los sueños de lograr una teoría de todo (TT).

Algunos físicos de partículas, especialmente Steven Weinberg, llegaron a afirmar que una vez que las “tripas” de las TGU (un juego de palabras en inglés entre “guts”, tripas, y GUTs, teorías de gran unificación) estaban en su sitio era de esperar que la TT definitiva fuese inminente. Sin embargo, un vistazo a los “modelos estándares” de la historia, si supusiesen un patrón por el que regirse, hace que este optimismo no esté del todo justificado.

Algún maestro decía: “Inicialmente, se presenta, de modo simplificado, el Modelo Estándar como una teoría sofisticada que identifica las partículas elementales y sus interacciones. Después, en el ámbito de esa teoría, se enfocan aspectos – el vacuo no es vacío; partículas desnudas y vestidas; materia oscura y viento oscuro; materia y antimateria; el campo y el bosón de Higgs; neutrinos oscilantes – que pueden ser motivadores desde el punto de vista de la enseñanza y del aprendizaje de la Física. Finalmente, se discute la probable superación de esa teoría por otra más completa.”

De acuerdo con el Modelo Estándar, leptones y quarks son partículas verdaderamente elementales, en el sentido de que no poseen estructura interna. Las partículas que tienen estructura interna se llaman hadrones; están constituidas por quarks: bariones cuando están formadas por tres quarks o tres anti-quarks, o mesones cuando están constituidas por un quark y un anti-quark.

Pero ¿cómo se da la interacción? ¿Quién “transmite el mensaje” de la fuerza entre las partículas que interactúan? Eso nos lleva a las partículas mediadoras o partículas de fuerza o, también, partículas virtuales.

Las interacciones fundamentales tienen lugar como si las partículas que interactúan “intercambiasen” otras partículas entre sí. Esas partículas mediadoras serían los fotones en la interacción electromagnética, los gluones en la interacción fuerte, las partículas W y Z en la interacción débil y los gravitones (aún no detectados) en la interacción gravitacional. Es decir, partículas eléctricamente cargadas interactuarían intercambiando fotones, partículas con carga color interactuarían intercambiando gluones, partículas con carga débil intercambiarían partículas W y Z, mientras que partículas con masa intercambiarían gravitones.

Las partículas mediadoras pueden no tener masa, pero tienen energía, o sea, son pulsos de energía. Por eso, se llaman virtuales. De los cuatro tipos de partículas mediadoras8, las del tipo W y Z tienen masa, pero es común que todas sean llamadas partículas virtuales.

¡Pero faltan los campos! Los cuatro campos. Sabemos que un cuerpo con masa crea alrededor de sí un campo gravitacional, un campo de fuerza que ejerce una fuerza sobre otro cuerpo masivo y viceversa. Análogamente, un cuerpo cargado eléctricamente, crea un campo electromagnético (si está en reposo, se percibe sólo su componente eléctrico, si está en movimiento se manifiesta también el componente magnético) y ejerce una fuerza electromagnética sobre otro cuerpo electrizado y viceversa.

El problema en esa bella simetría de cuatro cargas, cuatro interacciones, cuatro fuerzas, cuatro tipos de partículas mediadoras y cuatro campos es que aún no hemos podido detectar ningún gravitón y la gravedad, en sí, no encaja bien en esa teoría llamada Modelo Estándar.

La Física actual busca una teoría más amplia que el modelo estándar . Una teoría que dé una descripción completa, unificada y consistente de la estructura fundamental del universo. ¿Será la compleja Teoría de cuerdas, que integra también la interacción gravitatoria?

El modelo estándar es una poderosa herramienta pero no cumple todas las expectativas; no es un modelo perfecto. En primer lugar, podríamos empezar por criticar que el modelo tiene casi veinte constantes que no se pueden calcular. Desde luego, se han sugerido numerosas ideas para explicar el origen de todos estos parámetros o números inexplicables y sus valores, pero el problema de todas estas teorías es que los argumentos que dan nunca han sido enteramente convincentes. ¿Por qué se iba a preocupar la naturaleza de una fórmula mágica si en ausencia de tal fórmula no hubiera contradicciones? Lo que realmente necesitamos es algún principio fundamental nuevo, tal como el principio de la relatividad, pero no queremos abandonar todos los demás principios que ya conocemos. Ésos, después de todo, han sido enormemente útiles en el descubrimiento del modelo estándar. El mejor lugar para buscar un nuevo principio es precisamente donde se encuentran los puntos débiles de la presente teoría y, construimos máquinas como el LHC para que nos diga lo que no sabemos.

Una regla universal en la física de partículas es que para partículas con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructuras cada vez más pequeñas en el espacio y en el tiempo. El modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aún más pequeñas. Pero existen varias razones para sospechar que sus predicciones pueden, finalmente (cuando podamos emplear más energía en un nivel más alto), resultar equivocadas.

Vistas a través del microscopio, las constantes de la naturaleza parecen estar cuidadosamente ajustadas sin ninguna otra razón aparente que hacer que las partículas parezcan lo que son. Hay algo muy erróneo aquí. Desde un punto de vista matemático no hay nada que objetar, pero la credibilidad del modelo estándar se desploma cuando se mira a escalas de tiempo y longitud extremadamente pequeñas, o lo que es lo mismo, si calculamos lo que pasaría cuando las partículas colisionan con energías extremadamente altas. ¿Y por qué debería ser el modelo válido hasta aquí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables. ¿Dónde está la partícula de Higgs? ¿Cómo se esconde de nosotros el gravitón?

 

Parece que el Modelo estándar no admite la cuarta fuerza y tendremos que buscar más profundamente, en otras teorías que nos hablen y describan además de las partículas conocidas de otras nuevas que están por nacer y que no excluya la Gravedad. Ese es el Modelo que necesitamos para conocer mejor la Naturaleza.

Claro que las cosas no son tan sencilla y si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste de las constantes de la naturaleza, creamos un nuevo problema: ¿Cómo podemos modificar el Modelo Estándar de tal manera que el ajuste fino no sea necesario? Está claro que las modificaciones son necesarias, lo que implica que muy probablemente haya un límite más allá del cual el modelo tal como está deja de ser válido. El modelo estándar no será nada más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, de forma que todos los fenómenos que hemos observado hasta el presente están reflejados en él, pero cada vez que se pone en marcha un aparato más poderoso, tenemos que estar dispuestos a admitir que puedan ser necesarias algunas modificaciones del modelo para incluir nuevos datos que antes ignorábamos.

 

 

Más allá del modelo estándar habrá otras respuestas que nos lleven a poder hacer otras preguntas que en este momento, no sabemos ni plantear por falta de conocimientos.  Si no conociéramos que los protones están formados por Quarks, ¿Cómo nos podríamos preguntar si habrá algo más allá de los Quarks?

El gobierno de Estados Unidos, después de llevar gastados miles de millones de dólares, suspendió la construcción del super-colisionador superconductor de partículas asestando un duro golpe a la física de altas energías, y se esfumó la oportunidad para obtener nuevos datos de vital importancia para el avance de este modelo, que de momento es lo mejor que tenemos.

Se han estado inventando nuevas ideas, como la supersimetría y el technicolor. Los astrofísicos estarán interesados en tales ideas porque predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas, y también varios tipos de partículas que interaccionan ultradébilmente, los technipiones. Éstas podrían ser las WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles, o Partículas Masivas Débilmente Interactivas) que pueblan los huecos entre las galaxias, y serían así las responsables de la masa perdida que los astrofísicos siguen buscando y llaman “materia oscura”.

 

 

Que aparezcan “cosas” nuevas y además, imaginarlas antes, no es fácil. Recordemos cómo Paul Dirac se sintió muy incómodo cuando en 1931 dedujo, a partir de su ecuación del electrón, que debería existir una partícula con carga eléctrica opuesta. Esa partícula no había sido descubierta y le daba reparo perturbar la paz reinante en la comunidad científica con una idea tan revolucionaria, así que disfrazó un poco la noticia: “Quizá esta partícula cargada positivamente, tan extraña, sea simplemente el protón”, sugirió. Cuando poco después se identificó la auténtica antipartícula del electrón (el positrón) se sorprendió tanto que exclamó: “¡Mi ecuación es más inteligente que su inventor!”. Este último comentario es para poner un ejemplo de cómo los físicos trabajan y buscan caminos matemáticos mediante ecuaciones de las que, en cualquier momento (si están bien planteadas), surgen nuevas ideas y descubrimientos que ni se podían pensar. Así pasó también con las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, donde Schwarzschild dedujo la existencia de los agujeros negros.

 

Se piensa que al principio del comienzo del tiempo, cuando surgió el Big Bang, las energías eran tan altas que allí reinaba la simetría total; sólo había una sola fuerza que todo lo englobaba. Más tarde, a medida que el universo se fue expandiendo y enfriando, surgieron las cuatro fuerzas que ahora conocemos y que todo lo rigen. Tenemos los medios, en los super-colisionadores de partículas, para viajar comenzando por 1.000 MeV, hasta finalizar en cerca de 10¹⁹ MeV, que corresponde a una escala de longitudes de aproximadamente 10^–30 cm. Howard Georgi, Helen Quinn y Steven Weinberg descubrieron que ésta es la región donde las tres constantes de acoplamiento gauge se hacen iguales (U(1), SU(2) y SU(3)); resultan ser lo mismo. ¿Es una coincidencia que las tres se hagan iguales simultáneamente? ¿Es también una coincidencia que esto suceda precisamente en esa escala de longitud? Faltan sólo tres ceros más para alcanzar un punto de retorno. Howard Georgi y Sheldon Glashow descubrieron un modelo genuinamente unificado en el dominio de energías de 10¹⁹ MeV tal que, cuando se regresa de allí, espontáneamente surgen las tres fuerzas gauge tal como las conocemos. De hecho, ellos encontraron el modelo; la fórmula sería SU(5), que significa que el multiplete más pequeño debe tener cinco miembros.

 

Materia y Energía Oscura… Un Misterio…Sin resolver.

Y, a todo esto, ¿dónde está esa energía oculta? ¿Y donde la materia? Podemos suponer que la primera materia que se creo en el Universo fue la que llamamos (algún nombre había que ponerle) “Materia Oscura”, esa clase de Ylem o sustancia cósmica primera del Universo que mejor sería llamarla invisible, ya que, de no ser así, difícil sería explicar cómo se pudieron formar las primeras estrellas y galaxias de nuestro Universo, ¿Dónde está el origen de la fuerza de Gravedad que lo hizo posible, sino en esa materia escondida?

¡Lo dicho! Necesitamos saber, y, deseo que de una vez por todas, se cumpla lo que dejó dicho Hilbert en su tumba de Gotinga (Alemania): “Tenemos que saber, ¡sabremos!. Pero…

¡Que sea pronto!

Publica: Emilio Silvera V.

Fuente: El trabajo está conformado por las ideas de muchas fuentes

El centro del agujero, si es una verdadera singularidad, en teoría es un punto infinitamente pequeño. Por eso se cree que  tiene una densidad infinita. Tal densidad genera una fuerza de Gravedad tan grande que distorsiona el Espacio y el tiempo. La clase de materia qu eallí se forme… ¡Nadie lo sabe!

La materia “extraña”

Cuando se estaba por detonar la primera bomba atómica en 1945, algunas personas se oponían porque creían que semejante energía, liberada en la atmósfera, podría generar una reacción nuclear en cadena que encendería todo el planeta. Los científicos sabían que no sería así, de modo que hicieron estallar su artefacto y nada de lo temido ocurrió.

Hace relativamente poco se estrenó un nuevo acelerador de partículas, el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC, en español Colisionador relativístico de iones pesados) en el Brookhaven National Laboratory de los EUA. Una de las razones de la fabricación de este super-colisionador fue el interés de los científicos en recrear situaciones que se presentaron en el comienzo del universo, durante los primeros instantes del Big-Bang. Las leyes físicas que describen la materia bajo esas condiciones no son conocidas a las perfección, por lo tanto no se puede definir exactamente qué se puede esperar de un experimento así. ¿Se podrían presentar situaciones catastróficas que pusieran en riesgo a nuestro mundo?

El RHIC acelera iones de oro hasta un 99,5 % de la velocidad de la luz, que como todos sabemos es el límite absoluto al que se puede acelerar un objeto material. A esta velocidad, dos haces de iones que se mueven en direcciones opuestas chocarán entre sí y, piensan los científicos, se podrían crear nuevas formas de materia.

Hemos llegado a saber que otros planetas, situados en la zona habitable de sus estrellas, también pudieran tener presente la Vida. La Astrofísica nos llevará de la mano hasta lejanos lugares y mundos de fantásticas posibilidades que, cuando las podemos contemplar, nos asombraran y, sobre todo, nos enseñará que estamos muy bien acompañados.

Sabemos que el Universo es igual en todas partes, no importa lo lejana que esas regiones puedan estar, allí, como aquí, rigen las mismas leyes y constantes y, la consecuencia de esa verdad es que, los sucesos serán los mismos en todas partes.

Siendo así (que lo es), estrellas como el Sol y otras que pueden enviar luz y calor a planetas que la orbitan, si alguno de esos mundos está situado en la zona adecuada: Atmósfera, agua líquida, océanos. radiación…

Podrá tener los ecosistemas necesarios para que surjan una inmensa multitud de especies que, en las condiciones adecuadas evolucionaran como aquí en la Tierra.

 

                        El conocimiento es tener noción de saber, es inteligencia para adquirirlo.

El problema filosófico de las cuestiones relacionadas con el conocimiento, es decir, la forma del conocimiento de la realidad, las posibilidades existentes de que ese conocimiento responda exactamente a lo que ésta es en sí, etc, no constituyó una preocupación fundamental para los filósofos hasta la llegada de Kant que, en el siglo XVIII, suscitó en gran escala estas dificultades. Con anterioridad a Kant, el problema se reducía al sujeto que conoce y objeto conocido, se fijaban fundamentalmente en el segundo de ellas, y la filosofía moderna, por el contrario, está centrada en el sujeto cognoscente.

 

La inquietud por este problema comienza con Descartes, Leibniz, Locke, Berkeley, Hume que influyó decisivamente en Kant en quien el problema a esta cuestión, como ya he comentado antes, en alguna parte de este mismo trabajo, la cuestión se formuló así: todo conocimiento arranca o nace de nuestras experiencias sensoriales, es decir, los datos que nos suministran nuestros cinco sentidos, pero no todo en él procede de estos datos. Dicho de otra manera, hay en nosotros dos fuentes o potencias distintas que nos capacitan para conocer, y son la sensibilidad (los sentidos) y el entendimiento o inteligencia. Ésta no puede elaborar ninguna idea sin los sentidos, pero también éstos son inútiles sin la ayuda del entendimiento. Es como un conjunto simétrico, algo perfectamente acoplado para formar un todo.

 

 

Me viene a la memoria en este punto la explicación que me dio una vez mi hija María, cuando por curiosidad le pregunté: ¿Qué es el contrapunto?

 

“Es la concordancia armónica de dos o más voces cada una con su línea melódica, de cuya superposición resulta la armonía de la obra musical.

Se aplica además el arte de conducir las voces con cierta independencia, sin incurrir en falta contra las reglas de la armonía. El contrapunto severo se atiene estrictamente a ellas, mientras que el libre admite cierta soltura, siempre que no incurra en desarmonía y cacofonía. En el doble las voces pueden ser intercambiadas. Los métodos empleados son la imitación de un motivo, el canon y la fuga, y estos últimos son complicados entre lanzamientos del motivo de la melodía.

La palabra contrapunto la utilizó por primera vez Philippe de Vitro, teórico del siglo XIV.

El contrapunto es la técnica compositiva por la cual, sobre una melodía dada, se construye un conjunto de una o varias contra-melodías o contrapuntos, consiguiendo que, finalmente todo sea un conjunto armonioso.”

 

 

 

Aunque lo mío es la física y otras ramas del conocimiento, de vez en cuando recurro a María para preguntarle algunas cuestiones bajo el punto de vista musical que, no en pocas ocasiones, coincide con temas científicos. La respuesta que me dio sobre el contrapunto es aplicable a un sin fin de cuestiones y problemas científicos y cotidianos: buscar la armonía en la diferencia.

Podríamos aplicar el arte de combinar los sonidos de las voces humanas o los instrumentos, o de unos y otros a la vez para causar un efecto estético, a nuestra vida social y sobre todo a la política, procurando que unos y otros, voces discordantes y pensamientos distintos, guiados por una regla de ética y moral, pudieran reflejar un comportamiento estético.

 

 

La Música (como la Poesía y la Física) enaltece al ser humano, nos eleva y nos hace mejores. Una música que nos llega y es capaz de despertar nuestros sentimientos, nos puede transportar muy lejos, allí donde encontraremos el amor y la felicidad que, en este mundo nuestro, está escondida. En lo que se refiere a la Física, cuando podemos llegar a comprender cómo funciona el “mundo” no podemos dejar de asombrarnos ante tanta sencillez y, sin embargo, tánta maravilla. La poesía, es algo que sale del “Alma”, que trasciende a lo material para llevarnos a ese mundo mágico de la realidad soñada.

El término “música” procede del griego mousikéa través de la adaptación latina música. En el mundo griego se designaban con este nombre todas las ramas del arte que eran presididas por las Musas. Pitágoras fue el teórico musical más importante de la antigüedad

 

 

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“Pitágoras, según dice Jenócrates [396-314 a. De J.C.], descubrió que los intervalos en música no pueden originarse sin el número, ya que consisten en la combinación de una cantidad con otra. Así que examinó a qué se debía el que los intervalos fueran concordantes o discordantes y, en general, el origen de todo lo armónico y lo inarmónico” (Berbabé 2002). De ahí surgiría una misteriosa comunicación entre las matemáticas y la música, en un fascinante y atractivo juego de trasferencias e influencia mutua que podemos rastrear hasta el siglo XX.

Formuló el concepto de armonía y a partir de sus análisis sobre la naturaleza del sonido se creó el cálculo pitagórico de intervalos y las escalas modales, cuya importancia fue decisiva en el desarrollo de la música medieval.

 

Los principios teóricos de los griegos se transmitieron a la música litúrgica cristiana a través de autores como San Agustín, Boecio y Casiodoro.  Durante los primeros siglos del cristianismo, la música se circunscribió al ámbito religioso, concretamente al canto litúrgico, cuyo fundamento está constituido por la síntesis entre el sistema modal griego y ciertas influencias de la tradición judía.

Como veo que esto se me va de las manos y puedo terminar este trabajo escribiendo una historia de la música, mejor lo dejo y me dedico a lo que en realidad me debo: el pensamiento y la búsqueda del saber, dado que, lo único cierto, es nuestra ignorancia.

Claro que hablar del conocimiento es perderse en un océano de materias que, de un solo trabajo no se puede abarcar.

Emilio Silvera Vázquez