Científicos de todo el mundo trabajan para descubrir el misterio del universo y la vida a través de una partícula.

Un gran número de científicos sobre todo de Europa trabajan conjuntamente para revelar los grandes paradigmas del cosmos esto al tratar de identificar con certeza a una partícula llamada “bosón de Higgs”, pues se cree que es la pieza clave del mecanismo que proporciona masa a otras partículas y todo comenzó poco después del Big Bang hace 13 700 millones de años.

El “bosón de Higgs” en honor al físico británico Peter Higgs y denominada también “partícula de Divina” recibe este último nombre por un libro de divulgación científica escrito por Leon Lederman un físico galardonado con el Premio Nobel de Física del año 1988. Que fue Director del CERN y físico experimentador de las formas más pequeñas de la materia.

Esta partícula fue teorizada en 1964 aunque se propuso su existencia hace muchos años, en la actualidad se intenta probar que realmente existe y para ello, se está utilizando el famoso colisionador de partículas también llamado “Acelerador de Hadrones (LHC)”. Los científicos del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) esperan tener a finales del 2012 más datos con ayuda del Gran Colisionador de Hadrones (LCH) para saber si existe el Bosón de Higgs. Han dado unas noticias de la posible aparición del Higgs en esas primeras colisiones pero, lo han dejado en suspenso sin asegurar nada, la complejidad de los datos, hace que sean prudentes y que sigan su trabajo.

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La teoría tipo I, donde aparecen tanto “cuerdas” y D-branas abiertas como cerradas, que se mueven sobre un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Las D-branas tienen 1, 5, 9 dimensiones espaciales.

¿Qué son las D-branas? ¿Por qué las requiere la teoría de cuerdas? La respuesta básica a la segunda pregunta es que dan sentido a las cuerdas abiertas que intervienen en la teoría tipo I: cada uno de los dos extremos de una cuerda abierta debe residir en una D-brana. Pero dos extremos de la cuerda abierta residen en un subespacio (q + 1)-dimensional de género tiempo llamado una D-brana, o D-q-brana que es una entidad esencialmente clásica (aunque posee propiedades de supersimetría), que representa una solución de la teoría de supergravedad 11 dimensional.

En respuesta a la primera pregunta, una D-brana es una estructura de género tiempo, como más arriba indico, 1 + q dimensiones espaciotemporales. Invocando una de las dualidades de la teoría M, alternativamente podemos considerar una D-brana como una solución de las ecuaciones de alguna otra versión de la teoría M de cuerdas.

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Hay que prestar atención a las coincidencias. Uno de los aspectos más sorprendentes en el estudio del universo astronómico durante el siglo XX, ha sido el papel desempeñado por la coincidencia: que existiera, que fuera despreciada y que fuera recogida. Cuando los físicos empezaron a apreciar el papel de las constantes en el dominio cuántico y a explorar y explotar la nueva teoría de la gravedad de Einstein para describir el universo en conjunto, las circunstancias eran las adecuadas para que alguien tratara de unirlas.

       La teoría de Einstein nos habló del Cosmos de otra manera

Entró en escena Arthur Eddington; un extraordinario científico que había sido el primero en descubrir cómo se alimentaban las estrellas a partir de reacciones nucleares. También hizo importantes contribuciones a nuestra comprensión de la galaxia, escribió la primera exposición sistemática de la teoría de la relatividad general de Einstein y fue el responsable de verificar, en una prueba decisiva durante un eclipse de Sol, la veracidad de la teoría de Einstein en cuanto a que el campo gravitatorio del Sol debería desviar la luz estelar que venía hacia la Tierra en aproximadamente 1’75 segmentos de arco cuando pasaba cerca de la superficie solar, y así resultó.

Einstein y Eddintong en el jardin de la casa de éste último

Albert Einstein y Arthur Stanley Eddington se conocieron y se hicieron amigos. Se conservan fotos de los dos juntos conversando sentados en un banco en el jardín de Eddington en el año 1.930, donde fueron fotografiados por la hermana del dueño de la casa.

Placa tomada por Eddintong en Puerto Principe, en la que se corroboraba la predicción de Einstein de la Teoría de Relatividad General. El Sol se curvaba en presencia de grandes masas.

Aunque Eddington era un hombre tímido con pocas dotes para hablar en público, sabía escribir de forma muy bella, y sus metáforas y analogías aún las utilizan los astrónomos que buscan explicaciones gráficas a ideas complicadas. Nunca se casó y vivió en el observatorio de Cambridge, donde su hermana cuidaba de él y de su anciana madre.

Eddington creía que a partir del pensamiento puro sería posible deducir leyes y constantes de la naturaleza y predecir la existencia en el universo de cosas como estrellas y galaxias. ¡Se está saliendo con la suya!

                                        Estrellas en las Galaxias

Entre los números de Eddington, uno lo consideró importante y lo denominó “número de Eddington”, que es igual al número de protones del universo visible. Eddington calculó (a mano) este número enorme y de enorme precisión en un crucero trasatlántico concluyendo con esta memorable afirmación.

“Creo que en el universo hay

15.747.724.136.275.002.577.605.653.961.181.555.468.044.717.914.527.116.709.366.231.425.076.185.631.031.296

de protones y el mismo número de electrones.”

Este número enorme, normalmente escrito N_Edd, es aproximadamente igual a 10⁸⁰. Lo que atrajo la atención de Eddington hacia él era el hecho de que debe ser un número entero, y por eso en principio puede ser calculado exactamente.

Durante la década de 1.920, cuando Eddington empezó su búsqueda para explicar las constantes de la naturaleza, no se conocían bien las fuerzas débil y fuerte, y las únicas constantes dimensionales de la física que sí se conocían e interpretaban con confianza eran las que definían la gravedad y las fuerzas electromagnéticas.

La fuerza nuclear fue conocida despues de que Eddington hiciera sus formulaciones sobre la Gravedad y el magnetismo.

Eddington, a las conocidas, las dispuso en tres grupos o tres puros números adimensionales. Utilizando los valores experimentales de la época, tomó la razón entre las masas del protón y del electrón:

m_p / m_e ≈ 1.840

La inversa de la constante de estructura fina:

2πhc / e² ≈ 137

Y la razón entre la fuerza gravitatoria y la fuerza electromagnética entre un electrón y un protón:

e² / Gm_pm_e ≈ 10⁴⁰

A éstas unió o añadió su número cosmológico, N_Edd ≈ 10⁸⁰.

A estos cuatro números los llamó “las constantes últimas”, y la explicación de sus valores era el mayor desafío de la ciencia teórica.

“¿Son estas cuatro constantes irreducibles, o una unificación posterior de la física demostrará que alguna o todas ellas pueden ser prescindibles?

¿Podrían haber sido diferentes de los que realmente son?”

Nunca ha resultado fácil hablar de las infinitesimales estructuras de lo muy pequeño, allí residen los misterios de la materia y, con estas pequeñas estructuras están, en realidad, conformadas todas las estructuras macroscópicas como las galaxias y otras que en el Universo podemos contemplar. Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

De momento, con certeza nadie ha podido contestar a estas dos preguntas que, más arriba de la imagen se hacen, como  ocurre con tantas otras, están a la espera de esa Gran Teoría Unificada del Todo, que por fin nos brinde las respuestas tan esperadas y buscadas por todos los grandes físicos del mundo. ¡Es todo tan complejo! ¿Acaso es sencillo y no sabemos verlo? Seguramente un poco de ambas cosas; no será tan complejo, pero nuestras mentes aún no están preparadas para ver su simple belleza. Una cosa es segura, la verdad está ahí, esperándonos.

Para poder ver con claridad no necesitamos gafas, sino evolución. Hace falta alguien que, como Einstein hace 100 años, venga con nuevas ideas y revolucione el mundo de la física que, a comienzos del siglo XXI, está necesitada de un nuevo y gran impulso. ¿Quién será el elegido? Por mi parte me da igual quién pueda ser, pero que venga pronto. Quiero ser testigo de los grandes acontecimientos que se avecinan, la teoría de supercuerdas y mucho más.

Cuando lleguemos a comprender la Física que viene, podremos comprender, mucho mejor, nuestro Universo.

Igualmente, antes de pasar a otros temas, debo comentar que algunos físicos piensan que las constantes de la naturaleza son “reprocesadas” cuando la materia colapsa en una singularidad de densidad infinita, por ejemplo, cuando un universo cerrado colapsa y rebota a un estado de expansión, como fue sugerido por primera vez por John A. Wheeler. El universo colapsa en el Big Crunch y explota expandiéndose para formar un nuevo universo y comenzar de nuevo. Es la teoría del universo cíclico que, se renueva una y otra vez. Sin embargo, me queda la duda de que, si eso fuese así, ?surgiría la vida en esos otros universos? o, por el contrario tendría otras leyes y otras reglas.

Las imágenes que nuestras mentes pueden recrear, son tan ricas y bellas que, sin lugar a ninguna duda serán imágenes gravadas en lo más profundo de nuestro ser y que emergen, como mensajes llegados del espacio infinito, para recordarnos que, todo lo que podamos imaginar…¡Existe!

Mirando al cielo estrellado, o desde la orilla, la inmensidad del océano que se pierde en el horizonte, nos podríamos sentir insignificantes. Sin embargo, no es así como deberíamos mirarlo. He dicho algunas veces que todo lo grande está hecho de cosas pequeñas, y esa afirmación nos da la respuesta. Formamos parte de algo muy grande: el Universo, y, nosotros, somos la materia evolucionada hasta su más alto grado que, habiendo llegado a tener una Mente, tiene conexión directa con el Cosmos infinito al que pertenecemos y, ahora, sólo estamos en la fase de adaptarnos a su ritmo antes de que un día, finalicemos fundiéndones con él, y, de esa manera, sí que formaremos parte real del Universo.

Estamos en un nivel de sabiduría aceptable pero insuficiente; es mucho el camino que nos queda por recorrer y, como dice Freund, la energía necesaria ara explorar la décima dimensión es mis billones de veces mayor que la energía que puede producirse en nuestros mayores colisionadores de átomos. La empresa resulta difícil para seres que, como nosotros, apenas tenemos medios seguros para escapar del débil campo gravitatorio del planeta Tierra.

Energías de tal calibre, que sepamos sólo han estado disponibles en el instante de la creación del universo, en su nacimiento, en eso que llamamos Big Bang. Solamente allí estuvo presente la energía del hiperespacio de diez dimensiones, y por eso se suele decir que cuando llegue la teoría de cuerdas sabremos y podremos desvelar el secreto del origen del universo. A los físicos teóricos siempre les resultó provechoso introducir dimensiones más altas para fisgar libremente en secretos celosamente escondidos.

Si existen dimensiones más altas, nuestros sentidos primitivos, muy sujetos a lo terrenal, no pueden percibirlas y, nececitamos evolucionar para ver, lo que el Universo es. Aunque eso sí, es el mismo Universo el que nos tiene situados en esta fase “primitiva”, para él, el Tiempo cuenta de otra manera y, ha decidido que la evolución humana se produzca y desarrolle por el tiempo universal, el humano, es demasiado corto para tan gran empresa.

Según esa nueva teoría, antes del Big Bang nuestro cosmos era realmente un universo perfecto de diez dimensiones, decadimensional, un mundo en el que el viaje interdimensional era posible. Sin embargo, ese mundo decadimensional era inestable, y eventualmente se “rompió” en dos, dando lugar a dos universos separados: un universo de cuatro (el que podemos ver) y otro universo de seis dimensiones que, permanece oculto a nuestra percepción.

No tenemos que descartar que sea ese universo invisible, el de seis dimensiones, el que nos pueda sacar de apuro cuando llegue el momento, y, eso, amigos míos, sólo será posible si hemos evolucionado para poder hacerlo.

emilio silvera

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

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

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La Imagen especular (simetría)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

emilio silvera

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