En cualquier sitio que miremos nos dirán que la supersimetría en la física de partículas es:  La supersimetría es una simetría hipotética propuesta que relacionaría las propiedades de los bosones y los fermiones. Aunque todavía no se ha verificado experimentalmente que la supersimetría sea una simetría de la naturaleza, es parte fundamental de muchos modelos teóricos, incluyendo la teoría de supercuerdas.  La supersimetría también es conocida por el acrónimo inglés SUSY.

La Supersimetría tiene unas matemáticas muy bellas y por esa razón los artículos sobre el tema están llenos de ellas. Como ha sucedido antes, por ejemplo, cuando se propuso la teo´ria de Yang – Mills, tenemos un esquema matemático brillante que aún no sabemos como encajar en el conjunto de las leyes naturales. No tiene ningún sentido, todavía, pero esperamos que lo tenga en un tiempo futuro.

Hay otro escenario mucho más atractivo para nuestra imaginación. Hemos podido ver que los átomos están formados  por pequeños constituyentes, los fotones, neutrones y electrones. Luego descubrimos que esos constituyentes, a su vez, tienen una subestructura: están formados de quarks y gluones. ¿Por qué, como probablemente hayas  pensado tú antes, el proceso no continúa así? Quizñá esos Quarks y Gluones, e igualmente los electrones y todas las demás partículas aún llamadas “elementales” en el Modelo Estándar, estén también construidas de unos granos de materia aún menores y, finalmente, toda esa materia, si seguimos profundizando, nos daría la sorpresa de que toda ella es pura luz, es decir, la esencia de la materia.

Yo he tenido esa idea muy frecuentemente, nadie me quita de la cabeza que la materia, en lo más profundo de su “ser”, es la luz congelada en trozos de materia que, cuando llegan los sucesos, las transiciones de fase, se deja ver y sale a la “luz” del mundo para que la podamos contemplar.

Simetría es nuestra presencia aquí como observadores, la concha de un caracol, una galaxia, una flor

 Todos sabemos de las grandes estructuras (inertes o vivas) que, en su inmensidad, transportan dentro de ellas o en la misma superficie, otras estructuras más pequeñas que, no por ello, dejan de ser también complejas. Grandes pulgas transportan pequeñas pulgas en su piel y, al igual que nosotros, llevan en ellas mismas a otros animáculos más pequeños, o, infinitesimales que, también, como nosotros, animales más grandes, tienen una misión encomendada sin la cual, seguramente nosotros, ni podríamos ser. Así que, tenemos que prestar mucha atención a lo que creemos “ínfimo” y que, en la mayoría de las veces, resulta ser más importante de lo que podemos llegar a imaginar.

Si miramos a los Quarks de un protón, por ejemplo, la mecánica cuántica (esa teoría maravillosa que controla todo el micromundo con increíble precisión), exige que el producto de la masa por la velocidad, el llamado “momento”, debe ser inversamente proporcional al tamaño de la “caja” en la cual ponemos nuestro sistema. El protón puede ser considerado como una de tales cajas y es tan pequeño que los quarks en su interior tendrían que moverse con una velocidad cercana a la de la luz. Debido a esto, la masa efectiva de los quarks máss pequeños, u y d, es aproximadamente de 300 MeV, que es mucho mayor que el valor que vemos en las Tablas de Partículas; eso también expñlica porque la masa del Protón es de 900 MeV, mucho mayor que la suma de las masas en reposo de los quarks /y Gluones).

 Sí, dentro de los protones y neutrones, seguramente pueda haber mucho más de lo que ahora podemos vislumbrar. Nuestros aceleradores de partículas han podido llegar hasta ciertos límites que nos hablan de Quarks y ahora se buscan partículas supersimétricas o bosones traficantes de masa (como diría Ton Wood), y, nosotros, no sabemos si esos objetos existen o si podremos llegar a encontrarlos pero, por intentarlo… No dudamos en gastar ingentes cantidades y en utilizar cuantos recursos humanos sean precisos. El conocimiento de la Naturaleza es esencial para que, el futuro de la Física, sea la salvación de la Humanidad o, en su caso, de la raza que vendrá detrás de nosotros.

Algunas Teorías, como todos conocemos, han intentado unificar teorías de color con las de supersimetría. Quizá los nuevos Aceleradores de  Hadrones  (LHC) y otros similares que estarán acabamos poco después de estas primeras décadas del siglo XXI, nos puedan dar alguna pista y desvelar algunos de los nuevos fenómenos asociados a los nuevos esquemas que se dibujan en las nuevas teorías.

Los astrofísicos están muy interesados en estas ideas que predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas y, también varios tipos de partículas  que interaccionan ultradébilmente. Estas podrían ser las “famosas” WIMPs que pueblan los huecos entre galaxias para cumplir los sueños de los que, al no saber explicar algunas cuestiones, acudieron a la “materia oscura” que, como sabeis, les proporcionó el marco perfecto para ocultar su inmensa ignorancia. “¡La masa perdida!” ¿Qué masa es esa? Y, sin embargo, los Astrofísicos, incansables, se aferran a ella y la siguen buscando…¡Ilusos!

             ¡El Universo! ¡Son tántas cosas! Desde nosotros los observadores, hasta la más ínfina partícula de materia

Yo, en mi inmensa ignorancia,  no puedo explicar lo que ahí pueda existir. Sin embargo, sospecho que, deberíamos ahondar algo más en esa fuerza que llamamos Gravedad y que, me da la sensación de que nos esconde secretos que aún no hemos sabido desvelar. Y, por otra parte, tengo la sospecha de que la Luz, es más de lo que podemos suponer.

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En concreto, la energía es una cantidad que depende de cómo midamos las distancias y los intervalos de tiempo. Un automóvil de prueba que choca a gran velocidad contra una pared de ladrillos tiene obviamente energía. No obstante, si el veloz automóvil se aproxima a la velocidad de la luz, sus propiedades de distorsionan. Se contrae como un acordeón y los relojes en su interior se frenan. Lo que es más importante, Einstein descubrió que la masa del automóvil también aumenta cuando se acelera. Pero, ¿de dónde procede este exceso de masa?, y él concluyó que procedía de la energía.

                                         Nosotros somos energía conectados a la Galaxia

La teoría desarrolla un sistema de matemáticas con el fin de reconciliar estas afirmaciones en aparente conflicto. Una conclusión de la teoría es que la masa de un cuerpo, m, aumenta con su velocidad. Einstein también concluyó que si un cuerpo pierde energía L, su masa disminuirá en L/c². Einstein generalizó esta conclusión al importante postulado de que la masa de un cuerpo es una medida de su contenido en energía, de acuerdo con su ecuación m=E/c² que, en su versión más conocida es E=mc².

Esto tuvo consecuencias perturbadoras. Dos de los grandes descubrimientos de la física del siglo XIX fueron la conservación de la masa y la conservación de la energía; es decir, la masa total y la energía total de un sistema cerrado, tomados por separado, no cambian. Por ejemplo, si el coche veloz choca contra el muro de ladrillos, la energía del automóvil no desaparece, sino que se convierte en energía sonora del choque, energía cinética de los fragmentos de ladrillo que vuelan por los aires, energía calorífica, y así sucesivamente. La energía total (y la masa total) antes y después del choque es la misma.

  Inmensas energías de una explosión supernova han transformado los elemetos simples en otros más complejos

Sin embargo, Einstein decía ahora que la energía del automóvil podría convertirse en masa (un nuevo principio de conservación que decía que la suma total de la masa y la energía debe siempre permanecer constante). La materia no desaparece repentinamente, ni la energía brota de la nada. En este sentido, la materia desaparece sólo para liberar enormes cantidades de energía o viceversa.

Cuando Einstein tenía 26 años, calculó exactamente cómo debía cambiar la energía si el principio de la relatividad era correcto, y descubrió la relación E = mc². Puesto que la velocidad de la luz al cuadrado (c²) es un número astronómicamente grande, una pequeña cantidad de materia puede liberar una enorme cantidad de energía. Dentro de las partículas más pequeñas de materia hay un almacén de energía, más de un millón de veces la energía liberada en una explosión química. La materia, en cierto sentido, puede verse como un depósito casi inagotable de energía; es decir, la materia es en realidad energía condensada.

Einstein supo ver que las dimensiones más altas tienen un propósito: unificar los principios de la naturaleza. Al añadir dimensiones más altas podía unir conceptos físicos que, en un mundo tridimensional, no tienen relación, tales como la materia y la energía o el espacio y el tiempo, que gracias a la cuarta dimensión de la relatividad especial, quedaron unificados.

Desde entonces, estos conceptos los tenemos que clasificar no por separado, sino siempre juntos como dos aspectos de un mismo ente materia-energía por una parte y espacio-tiempo por otra. El impacto directo del trabajo de Einstein sobre la cuarta dimensión fue, por supuesto, la bomba de hidrógeno, que se ha mostrado la más poderosa creación de la ciencia del siglo XX, claro que en contra del criterio de Einstein, que era pacifista y nunca quiso participar en proyectos de esta índole.

Einstein completó su teoría de la relatividad con un segundo trabajo, que al menos en parte, estaba inspirado por lo que se conoce como principio de Mach; la guía que usó Einstein para crear esta secuela final y completar su teoría de la relatividad general.

Einstein enunció que la presencia de materia-energía determina la curvatura del espacio-tiempo a su alrededor. Ésta es la esencia del principio físico que Riemann no logró descubrir: la curvatura del espacio está directamente relacionada con la cantidad de energía y materia contenida en dicho espacio. Esto, a su vez, puede resumirse en la famosa ecuación de Einstein, que se denota:

Esta ecuación engañosamente corta es uno de los mayores triunfos de la mente humana. De ella emergen los principios que hay tras los movimientos de las estrellas y galaxias, los agujeros negros, el Big Bang, y seguramente, el propio destino del universo.

Hace tiempo ya que estamos pretendiendo subir la escalera que nos lleve hasta el secreto universal de la energía

Es curiosa la similitud que se da entre la teoría del electromagnetismo y la relatividad general; mientras que Faraday experimentó y sabía los resultados, no sabía expresarlos mediante las matemáticas, y apareció Maxwell que finalmente formuló la teoría.

Einstein, al igual que Faraday, había descubierto los principios físicos correctos, pero carecía de un formulismo matemático riguroso suficientemente potente para expresarlo (claro que Faraday no era matemático, y Einstein sí lo era). Carecía de una versión de los campos de Faraday para la gravedad. Irónicamente, Riemann tenía el aparato matemático, pero no el principio físico guía, al contrario que Einstein. Así que finalmente fue Einstein el que pudo formular la teoría con las matemáticas de Riemann.

                     Faraday y Maxwell

“¡Qué extraño sería que la teoría final se descubriera durante nuestra vida! El descubrimiento de las leyes finales de la naturaleza marcará una discontinuidad en la historia del intelecto humano, la más abrupta que haya ocurrido desde el comienzo de la ciencia moderna del siglo XVII. ¿Podemos imaginar ahora cómo sería?”

Steven Weinberg

 

¿Es la belleza un principio físico?

La teoría de supercuerdas nos da una formulación convincente de la teoría del universo, sin embargo, el problema fundamental radica en que una comprobación de dicha teoría está más allá de nuestras posibilidades actuales. De hecho, la misma teoría predice que la unificación de todas las fuerzas ocurre a la energía de Planck, o 10¹⁶ miles de millones de electronvoltios, que como sabéis, es alrededor de mil billones de veces mayor que las energía actualmente disponibles en nuestros aceleradores de partículas.

Ya he comentado otras veces que el físico David Gross (el de más edad de los miembros conocidos como el cuarteto de cuerdas y autores de la teoría llamada la cuerda heterótica) dijo en una ocasión: “El coste de generar esta fantástica energía necesitaría el dinero de las tesorerías de todos los países del mundo juntos, y quizá no llegara. Es verdaderamente astronómico.“

Siendo así, de momento estamos condenados a no poder verificar experimentalmente este motor (parado) que haría marchar el vehículo de la física. La teoría decadimensional está paralizada en dos sentidos: el económico y técnico y el matemático. El primero por falta de dinero que nos pudiera construir aceleradores tan potentes (el LHC sólo cumple parte de nuestros deseos) como para descubrir la partícula de Higgs, los quarks e incluso las cuerdas vibrantes, esos previsibles y minúsculos objetos primordiales que conforman la materia. En segundo lugar, las formulaciones matemáticas complejas que, según parece, aún no se han inventado. Parece que hoy, ni siquiera Witten o Perelman conocen el secreto de los números mágicos que nos puedan llevar hasta el final del camino iniciado por Einstein y Kaluza-Klein.

Aunque llegar hasta las cuerdas no será nada fácil, particularmente opino que la teoría de cuerdas nos dará muchas alegrías y que en ella están las respuestas a muchas preguntas que no sabemos contestar. Es cierto que no puede ser verificada al tener la energía necesaria para ello. Sin embargo, hay indicios de que las cuerdas pueden estar ahí, a la espera de que las podamos encontrar.

Dentro del mundo de la física los hay de todas las opiniones: en contra y a favor. Es famosa la postura detractora del Nobel Sheldon Glashow de Harvard; no quiere ni oír hablar de la teoría de supercuerdas a la que califica de física de teatro.

Otros muchos, la mayoría, como Murray Gell-Mann, Steven Weinberg (ambos premios Nobel) o el mismo E. Witten (medalla Field), opinan lo contrario y ven en esta teoría de dimensiones más altas el futuro de la física. Simplemte se trata de que, dicha teoría, nos ha llegado por casualidad mucho antes de lo que correspondía.

Los trabajos de Gabriele Veneziano (Florencia, 1942) son pioneros en uno de los temas estrella de la física teórica, la teoría de cuerdas, que permite desarrollar escenarios alternativos al Big Bang, mediante la existencia del tiempo y del espacio desde siempre.

La teoría de cuerdas se inventó a finales de los sesenta, y pasados los años se ha visto que era un escenario donde era posible describir al mismo tiempo la materia, el espacio y el tiempo, y de esa manera resolver un problema que se plantea en la teoría de la relatividad de Einstein. El mismo Einstein dedicó muchos años a intentar reconciliar su teoría de la relatividad con la mecánica cuántica. No lo consiguió, en su tiempo ni existían las matemáticas necesarias para ello, y, de hecho, aún seguimos esperando que aparezcan.

Ya sabemos que en física toda teoría debe ser verificada, una y otra vez, en uno y otro lugar, experimentalmente, obteniendo siempre el mismo resultado; es la única manera de que sea aceptada por la comunidad científica. Mientras tanto, la teoría no es fiable y queda a la espera de ser comprobada, verificada sin ningún lugar para la duda.

Pero, ¿se puede recrear la creación?

Sí, somos tan osados que ahí, debajo de ese círculo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), situado cerca de Ginebra por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), (formando un anillo de 27 kilómetros de circunferencia a 100 metros de profundidad, estamos pretendiendo recrear lo que en aquellos momentos (de la creación) pasó.

La teoría de supercuerdas trata de eso. Quiere explicarnos todos los misterios del universo a partir de ese primer momento, ¡la creación! ¿Cuántas y cuántas páginas no habré leído y escrito sobre estos temas fascinantes de los secretos del universo, las fuerzas que lo rigen, la materia de las galaxias y de los objetos que lo pueblan? No podría decirlo. Sin embargo, hay una cosa que sí puedo decir: ¡cuanto más profundizo en estas cuestiones, cuanto más conocimientos adquiero, más fascinación siento, y desde luego, mi capacidad de asombro persiste!

                       El LHC no es suficiente para generar las energías necesarias para llegar a las cuerdas

Qué lástima que no se construya un supercolisionador superconductor , que encontrara los vestigios subatómicos que mostrara una señal característica de la supercuerda, tal como la supersimetría. Claro que, no creo que hoy por hoy podamos ser capaces de construir un “mostruo” semejante que  pudiera sondear la distante energía de Planck (10¹⁹ GeV), pero sí podría habernos ofrecido una evidencia muy fuerte (aunque indirecta) de la corrección de la teoría de supercuerdas.

Ese supercolisionador fue un proyecto fallido que se hubiese completado en las afueras de Dallas, Texas, hubiera contado con un tubo gigantesco de 85 Km de circunferencia rodeado de enormes bobinas magnéticas. Lanzaría protones a velocidades muy cercanas a la de la luz, que viajarían en el sentido de las agujas del reloj y el sentido contrario, para en un momento dado hacerlos colisionar a una energía de 40 billones de electronvoltios (TeV), generando una intensa ráfaga de residuos subatómicos analizados por detectores que encontrarían partículas exóticas que hubieran arrojado luz sobre la forma esencial de la materia. Los campos magnéticos para guiar los protones y los antiprotones dentro del tubo son tan excepcionalmente grandes (del orden de 100.000 veces el campo magnético de la Tierra) que hubieran sido necesarios procedimientos extraordinarios para generarlos y mantenerlos. Además, el enfriamiento de las bobinas hasta casi el cero absoluto (-273º) y otros problemas hubieran obligado a enormes avances tecnológicos. Sin embargo, la política retiró el proyecto y nos quedamos sin la esperada partícula de Higgs (que ahora busca el LHC), que es la que genera la ruptura de simetría y es por tanto el origen de la masa de los quarks, así que habríamos podido descubrir el origen de la masa mucho antes. Aunque a decir verdad…, no las tenemos todas consigo.

Acordaos de que hace unos días os contaba como allá por el siglo XIX algunos científicos declararon que la composición de las estrellas estaría siempre fuera del alcance del experimento. En 1.825, el filósofo y crítico social francés Auguste Comte, al escribir el Curso de Filosofía, declaraba que nunca conoceríamos las estrellas de otra forma que como inalcanzables puntos de luz en el cielo debido a su enorme distancia de nosotros. Las máquinas del siglo XIX, o de cualquier siglo, argumentaba, no eran suficientemente potentes como para escapar de la Tierra y alcanzar las estrellas.

Así que parecía que el determinar la composición de las estrellas era imposible, y lo curioso es que casi al mismo tiempo, el físico alemán Joseph von Fraunhofer estuviera haciendo precisamente eso. Utilizando un prisma y un espectroscópio pudo descomponer la luz blanca emitida desde las estrellas lejanas y determinar la composición química de dichas estrellas. De la misma manera pudiera, en este mismo instante, estar trabajando un físico-matemático en profundizar en la teoría de supercuerdas y estar formulando otro respetable avance hacia nuestro futuro. Podemos desconfiar pero…negar la posibilidad de algo, sería arriesgado.

Como científico, ingeniero y emprendedor alcanzó logros como el descubrimiento de las “líneas de Fraunhofer” en el espectro óptico de la luz del sol, inventó un nuevo método de manufactura de lentes e inició un negocio de producción de vidrio para microscopios y telescopios. Debido a su carácter multifacético el instituto tecnológico Fraunhofer-Gesellschaft  lleva su apellido.

¿Qué sería de nosotros sin la física?

Tampoco los átomos eran verificables hace dos siglos y llegaron Planck, Einstein,  Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Feyman y tantos otros que dejaron todo el misterio al descubierto con la mecánica cuántica que nos puede facilitar datos con una precisión asombrosa.

La topología es probablemente la más joven de las ramas clásicas de las matemáticas. En contraste con el álgebra, la geometría y la teoría de los números, cuyas genealogías datan de tiempos antiguos, la topología aparece en el siglo diecisiete, con el nombre de analysis situs, ésto es, análisis de la posición. No podemos perderla de vista, ahí pueden estar las respuestas de la teoría de cuerdas.

Es la rama de las matemáticas  dedicada al estudio de aquellas propiedades de los cuerpos geométricos que permanecen inalteradas por transformaciones continuas. Es una disciplina que estudia las propiedades de los espacios topológicos y las funciones continuas.  La Topología se interesa por conceptos como proximidad, número de agujeros, el tipo deconsistencia (o textura) que presenta un objeto, comparar objetos y clasificar, entre otros múltiples atributos donde destacann conectividad, compacidad, metricidad, o metrizabilidad, etcétera.

Retrato de Leonhard Euler, pintado por Johann Georg Bruker

De todas las maneras, yo no perdería de vista la funciones modulares de Ramanujan, una bella teoría para la teoría de cuerdas supone que cada modo o vibración de una cuerda fundamental representa una partícula elemental distinta, y puede explicar a la vez la naturaleza de la materia y del espacio-tiempo (las partículas en lugar de ser puntuales pasan a ser unidimensionales). Es la primera teoría cuántica de la gravedad: Cuando se calcularon por primera vez las ligaduras de autoconsistencia que impone la cuerda sobre el espacio-tiempo, se observó con sorpresa que las ecuaciones de Einstein ( teoría de la gravedad) emergían de la cuerda, de hecho, el gravitón o cuanto de gravedad era la menor vibración de la cuerda cerrada.

No sabemos todavía por qué la teoría de cuerdas está definida sólo en 10, 11 y 26 dimensiones, aunque parece seguro que esta teoría no podría unificar las fuerzas fundamentales con tan solo tres dimensiones. Las cuerdas se rompen y se forman en el espacio N-dimensional arrastrando con ellas una serie de términos que destruyen las maravillosas propiedades de la teoría. Afortunadamente, estos términos aparecen multiplicados por el factor (N-10), lo que nos obliga a elegir N=10 para eliminarlos.

Los teóricos de cuerdas al intentar manipular los diagramas de lazos KSV ( Kikkawa-Sakita-Virasoro) creados por las cuerdas en interacción encuentran unas extrañas funciones llamadas modulares que aparecen en las ramas más distantes e “inconexas” de las matemáticas((Yutaka Taniyama ( Japón, 1927-1958) observó que cada función modular está relacionada con una curva elíptica. Esto forma la base de la conjetura Taniyama-Shimura que demostró ser una parte importante en la demostración del Último Teorema de Fermat de Andrew Wiles )). Una función que aparece continuamente en la teoría de funciones modulares se denomina función de Ramanujan, en honor al matemático Srinivasa Ramanujan, nacido en 1887 en Erode, India, cerca de Madrás.

Ramunujan ¡Qué personaje mistrioso! su mente estaba conformada por teoremas en lugar de por neuronas, y, aunque murió muy joven (como Riemann), sus trabajos del último año de su vida mientras se estaba muriendo, se podría comparar con el trabajo de toda una vida de los 10 mejores matemáticos del mundo. En otra ocasión ya os hablé de este personaje extensamente.

emilio silvera

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Me maravilla la riqueza que atesoramos y la experiencia que la Humanidad ha podido tener a lo largo y a lo ancho de sus milenarias vivencias sobre este planeta. Hace unos días os contaba algunas de las lecturas que me llamaron la tención de más joven y, hoy, aunque parezca una repetición, os la traigo, otra vez, algo más ampliada. A muchos les gustó las historias.

¿Cuántas veces, de pequeño nos contaron el Diluvio Universal?

Mi debilidad está en leer y enterarme de las cosas, sin límite de cuestiones a tratar, aunque sí con preferencias. Lo he tocado todo de manera más o menos profunda, y una vez pude leer (no recuerdo ahora dónde) que la mitología y los escritos antiguos nos hacen saber que el último día de la Atlántida se vio marcado por una inmensa catástrofe. Olas tan altas como montañas, huracanes, explosiones volcánicas… sacudieron el planeta entero. La civilización sufrió un retroceso y la Humanidad superviviente quedó reducida a un estado de barbarie.

La Atlántida, el paraíso perdido que describió el filósofo griego Platón y que supuestamente desapareció tras un gran tsunami, podría estar en España, según una investigación que comenzó hace cinco años con unas fotos satelitales. Los textos de Platón sitúan la Atlántida frente a las Columnas de Hércules, lugar atribuido al estrecho de Gibraltar que señalaba el límite del mundo conocido, y la describen como una isla más grande que Libia y Asia juntas.

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La desconcertante prevalencia de la materia sobre la antimateria en el universo podría estar relacionado con un extraño estiramiento del espacio-tiempo causado por el giro de nuestra galaxia, según un nuevo estudio.

La antimateria es el extraño primo de la materia que compone las galaxias, las estrellas y hasta nosotros. Por cada partícula de materia se cree que existe su pareja de antimateria, con la misma masa, pero de carga opuesta. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan, y de la conversión de su masa en energía resulta una poderosa explosión.

Aunque hoy en día, los científicos siguen sin entender por qué en el universo predomina, casi completamente la materia.

Según todos los estudios de experimentos y observaciones que han sido llevados a la práctica por Equipos de estudiosos en todo el Mundo, parece ser que, los motivos por los que no se han encontrado grandes estructuras de antimateria en nuestro Universo, y, el hecho de que la Materia supere a la antimateria, es denominado como “Bariogénesis”, es decir, la Materia Bariónica que es la que observamos y emite radiación (Planetas, estrellas, galaxias, etc.) es la que, finalmente, ha quedado predominando en este Universo nuestro (dejando a un lado esa otra clase de materia que llamamos Oscura y que, de ser cierto que existe, debió crearse antes que la Bariónica, sería la primera clase de materia que hizo acto de presencia en el Universo y, la Fuerza de Gravedad que generaba, hizo posible que, a pesar de la expansión de Hubble, se formaran las estrellas y las galaxias.

¿Por qué en el comienzo del Universo podría la materia Bariónica superar a la antimateria?

–Pequeño exceso de materia tras el Bib Bang: Especula con que la materia que forma actualmente el universo podría ser el resultado de una ligera asimetría en las proporciones iniciales de ambas.

–Asimetría CP. Un reciente experimento en el acelerador KEK de Japón sugiere que esto quizás sea cierto, y que por tanto no es necesario un exceso de materia en el Big Bang: simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente a la antimateria.

–Existencia de galaxias de antimateria ligada por antigravedad: Muy pocos científicos confían en esta posibilidad, pero todavía no ha podido ser completamente descartada. Esta tercera opción plantea la hipótesis de que pueda haber regiones del universo compuestas de antimateria. Hasta la fecha no existe forma de distinguir entre materia y antimateria a largas distancias, pues su comportamiento y propiedades son indistinguibles. (Esta opción parece poco probable).

La ecuación de Dirac, formulada en en 1928, predijo la existencia de antipartículas además de las partículas de materia ordinarias. Desde entonces, se han ido detectando experimentalmente muchas de dichas antipartículas: Carl D. Anderson, en el Caltech, descubrió el positrón en 1932. Veintitrés años después, en 1955, Emilio Sègre y Owen Chamberlain,  en la universidad de Berkeley, el antiprotón y antineutrón.

Pero la primera vez que se pudo hablar propiamente de antimateria, es decir, de “materia” compuesta por antipartículas, fue en 1965, cuando dos equipos consiguieron crear un antideuterón, una antipartícula compuesta por un antiprotóny un antineutrón. La antipartícula fue lograda en el Acelerador Protón Sincrotrón del CERN, a cargo de Antonio Zichichi,  y paralelamente por Leon Lederman en el acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Nueva York.

En 1995, el CERN anunció la creación de nueve átomos de antihidrógeno en el experimento PS210, liderado por Walter Oelert y Mario Macri, y el Fermilab confirmó el hecho, anunciando poco después la creación a su vez de 100 átomos de antihidrógeno.

El 14 de Diciembre de 2.009, científicos de la NASA con la ayuda del telescopio espacial de rayos gamma Fermi, descubrieron rayos de antimateria producidos encima de tormentas eléctricas. El fenómeno es causado por ráfagas de rayos gamma terrestres (TGF) generadas al interior de las tormentas eléctricas y asociados directamente con los relámpagos.

La antimateria es un término que se ha hecho muy común y familiar en los últimos años, y, han sido muchos los que han tratado de buscarla en los confines del Universo. No parece que el resultado obtenido sea muy alentador.

Se ha logrado capturar partículas de antimateria en los Aceleradores de partículas y, con ellas, se han realizado pruebas que han venido a confirmar que, cuanto la Materia se encuentra con la antimateria, la destrucción está asegurada. El resultado de dicha colisión podrían ser muchas de las grandes fuentes de energía Gamma que se han detectado en algunas regiones del Universo.

He aquí la primera imagen jamás obtenida de antimateria, específicamente un “anti-átomo” de anti-hidrógeno. Este experimento se realizó en el Aparato ALPHA de CERN, en donde los anti-átomos fueron retenidos por un récord de 170 milisegundos (se atraparon el 0.005% de los anti-átomos generados).

Producir antipartículas es relativamente “fácil”. De hecho ocurre habitualmente en la naturaleza, en un tipo de desintegración radioactiva denominada “desintegración beta”. También se producen con los rayos cósmicos, que son partículas de altas energías que llegan a la atmósfera y al interaccionar con ella se producen cascadas de partículas.

Pero producir antiátomos es mucho muy difícil, y almacenarlos todavía más. Generar estructuras más complejas, como una mesa de antimateria, actualmente es imposible y de momento no conocemos ninguna forma para poderlo hacer en el futuro.

A finales de 2009 años fuimos testigos de la explosión más grande jamás registrada: una estrella supergigante en el límite posible de la masa permitida, muchas veces más grande que el Sol completamente destruida por reacciones termonucleares increiblemente veloces provocada por la producción de antimateria de rayos gamma. La explosión resultante fue visible durante meses, ya que desató una nube de material radiactivo más de cincuenta veces el tamaño de nuestra propia estrella, dándole un resplandor visible a partir de la fisión nuclear y a pesar de la distancia a la que se hallaba situada la galaxia portadora de la estrella.

Desde nuestra madre Tierra, el cielo nocturno puede parecer tranquilo e inmutable, pero el universo visto en rayos gamma es un lugar de violencia repentina y caótica. Utilizando telescopios sensibles a los rayos gamma, los astrónomos son testigo de explosiones breves pero tremendamente intensas, llamadas explosiones de rayos gamma. No existe nada más potente. Cuando se produce encuentros entre Marteria y Anti-materia, aparecen las fuentes de energías más potentes conocidas en el Universo.

Si cuando se produjo el Big Bang, la creación de materia y antimateria hubiera sido simétrico, ahora, la materia bariónica que forman los objetos que podemos contemplar, no existiría y se habría destruido mediante la interacción de ambos tipos de materia. Sin embargo, al parecer, en el reparto que hizo la Naturaleza, la mayor parte le tocó a la Materia y, de ahí que, cuando se destruyó toda la materia y antimateria que suponía la misma proporción, quedó el exceso existente de Materia que es, precisamente, la que forma las estrellas y los mundos.

En Ciencia Kanija se publicó un trabajo sobre el tema: El experimento T2K – ¿Dónde está la antimateria?

Nunca, por uno u otro Organismo, se ha dejado de buscar la antimateria en el Universo, y, los escasos resultados obtenidos hasta el momento son, hasta cierto punto comprensibles, toda vez que, si como se cree, la mayor parte fue eliminada al encontrarse con la materia, los residuos que puedan estar ahí, teniendo en cuenta las dimensiones del Universo, no serán fáciles de encontrar.

“El Premio Nobel de Física en 1976 Samuel Ting ha expresado su esperanza de que el experimento que lleva a cabo el laboratorio europeo de partículas Cern y su proyecto de enviar un gran imán al espacio permitan descubrir donde se esconde la antimateria en el universo. El gran colisionador de hadrones (LHC, de sus siglas en inglés) del Cern logró en los últimos días reproducir en laboratorio un mini Big-Bang similar al que podría haber dado origen al Universo hace unos 15.000 millones de años, a base de iones de plomo, lo que ha generado una especie de sopa o plasma de quarks y gluones que ahora los científicos tratan de analizar. Ting, que colabora con el Cern, lidera por su parte una iniciativa para colocar en órbita el espectómetro magnético Alfa (AMS, de sus siglas en inglés), un gran imán que prevé ser lanzado el próximo 27 de febrero desde la base de Cabo Cañaberal, en Florida (EEUU), para situarlo en órbita espacial con el objetivo de detectar la presencia de antimateria en otras galaxias. “Encontrar antimateria sería muy importante porque permitiría destruir muchas de las teorías actuales”, dijo el investigador estadounidense, que ha sido invitado por el programa ConCiencia de la Universidad de Santiago de Compostela (USC) a una serie de conferencia y actos de divulgación científica. En una conferencia de prensa, Ting aseguró que “el tiempo no es importante” para descubrir dónde se encuentra la antimateria producto de la explosión al origen del Universo, aunque precisó que el AMS estará “durante 20 años” analizando su presencia entre las cien millones de galaxias que calcula que lo integran.”

Bueno, de todas las maneras, esperemos que, si algún día encontramos abundancia de antimateria en el Universo, no sea utilizada para prácticas militares. Por otra parte, como la antimateria es exactamente igual que la materia a excepción de las cargas que son opuestas (electrón-positrón), esperemos que no existan mundos de antimateria con seres que lo pueblen, ya que, si alguna vez nos encontramos con alguno, lo mejor será no saludarlo con un apretón de manos.

30 noviembre 2010. Físicos de Estados Unidos y Canadá, han propuesto una nueva partícula que podría resolver dos importantes misterios de la física moderna: ¿Qué es la materia oscura y por qué hay mucha más materia que antimateria en el universo?

La aún por descubrir “partícula X”, se espera que decaiga mayormente en materia normal, mientras que su antipartícula se espera que decaiga mayormente en antimateria “oculta”. El equipo afirma que su existencia en los inicios del universo podría explicar por qué hay más materia que antimateria en el universo – y que la materia oscura es, de hecho, antimateria oculta.

Como podreis ver, por teorizar, especular, lanzar hipótesis y exponer cuestiones imaginativas…Que no quede. Todos tenemos nuestras propias ideas y, desde luego, no siempre van encaminadas en la dirección correcta. ¿Partícula X? ¿Qué está pasando? ¿De qué estamos hablando?

Lo cierto es que  el Universo sabe muy bien como tenernos entretenidos.

emilio silvera

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Cuando hablamos de “Estrellas de Quarks”,  “Materia Oscura”, “Bosón de Higgs”, “Singularidad”, “vacío”, Supercuerdas”, o,  Teoría de Todo” entre  otros muchos conceptos de física, astrofísica o astronomía no podemos dejar de plantearnos una pregunta: ¿Estará la teoría realmente confirmada o, por el contrario será que los experimentadores han sucumbido bajo la pressión de los teóricos?

En una prestigiosa página de ciencia, en relación al Bosón de Higgs, el pasado día 13 de Julio, se planteaba ésta pregunta: ¿El bosón de Higgs descubierto en el LHC es el predicho por el modelo estándar?

La combinación de todos los resultados experimentales disponibles, tanto en el Tevatrón (CDF+DZero) como en el LHC (Atlas+CMS), indica que el bosón escalar con una masa de 125,5 GeV descubierto el 4 de julio es el bosón de Higgs del modelo estándar. Si no lo es y se trata de un “impostor” (yo suelo llamarle un “primo”), la diferencia entre ambos es muy pequeña. La figura que abre esta entrada muestra que el descubrimiento de la nueva partícula tiene 6,9 sigmas de confianza estadística (la banda gris marca ±1 σ). Además, el cociente entre la tasa de producción de  la nueva partícula y la tasa de producción predicha por el modelo estándar es de solo μ = 1,02 ± 0,15, lo que implica un gran acuerdo con el valor predicho μ = 1. El mejor ajuste combinado para la masa del Higgs es m = 125,5 ± 0,54 GeV, como muestra la figura de abajo.

En resumen, el ajuste entre la nueva partícula y el bosón de Higgs es muy bueno, luego mientras nadie demuestre lo contrario, se ha descubierto el bosón de Higgs del modelo estándar. Este análisis y las figuras anteriores aparecen en Pier Paolo Giardino, Kristjan Kannike, Martti Raidal, Alessandro Strumia, “Is the resonance at 125 GeV the Higgs boson?,” arXiv:1207.1347, Submitted on 5 Jul 2012. (la fuente en Francis (th)E mule Science’s News).

Hablamos de aproximación y nada es aún seguro, queda mucho trabajo por delante para poder confirmar, asegurando que se trata de hecho, del famoso Bosón de Higgs.  Pero, tal y como están las cosas, la inmensa cantidad de dinero que se ha empleado en el Proyecto, las personas que están implicadas en el mismo… nos llevan a plantearnos otra pregunta: ¿Son esos resultados reales o son simplemente el producto de los buenos deseos? Esto último es lo que aveces sospechan los críticos y los historiadores de la Ciencia. Parece que si la teoría no lo necesita, no existe, mientras que si la teoría lo requiere, todos los experimentadores lo verán rápidamente.

Claro que, este comentario está hecho con el mayor respeto hacia los experimentadores a los que, de partida, no considero sospechosos, pero esas ganas de encontrar algo…te puede llevar a “ver” lo que no hay. Un buen científico debe subestimar más que sobreestimar los resultados y la precisión de los mismos y de manera muy especial si esos resultados resultan ser de tanta importancia. Hasta tal punto lo es en este caso que, el mismísimo Modelo Estándar de la Física de Partículas e interaacciones, está pendiente de dicha confirmación para saber, de dónde procede la masa de las partículas.

Claro que, en este caso, otros experimentos posteriores nos darán las respuestas definitivas que vendrán, a confirmar aquella primera impresión positiva o, por el contrario (como pasó otras veces) delatará un error cometido. En ambos casos, tendremos la verdad y eso, ya es bastante para saber que caminos debemos o no debemos seguir.

En el tema de la materia oscura, nos encontramos también algo confusos y, tenemos experimentos para todos los gustos. Unos dicen que han  detectado materia oscura alrededor de las galaxias y, más tarde, vienen a decir que no, que no era materia oscura y que la observación se había desviado hacia derroteros engañosos. Muchos son los que confiorman la materia oscura y muchos también, los que la niegan.

Claro que todos  sabemos que “Materia oscura” es la materia hipotética de composición desconocida que no emite o refleja suficiente radiación electromagnética para ser observada directamente con los medios técnicos actuales pero cuya existencia puede inferirse a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, tales como las estrellas o las galaxias, así como en las anisotropías del fondo cósmico de microondas. No se debe confundir la materia oscura con la energía oscura. De acuerdo con las observaciones actuales de estructuras mayores que una galaxia,  así como la cosmología del Big Bang,  la materia oscura constituye la gran mayoría de la masa en el Universo observable. Frits Zwicky la utilizó por primera vez para declarar el fenómeno observado consistente con las observaciones de materia oscura como la velocidad rotacional de las galaxias y las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos, las lentes gravitacionales de objetos de fondo por los cúmulos de galáxias así como el Cúmulo Bala (1E 0657-56) y la distribución de temperatura de gas caliente en galaxias y cúmulos de galaxias. La materia oscura también juega un papel central en la formación de estructuras y la evolución de galaxias y tiene efectos medibles en la anisotropía de la radiación de fondo de microondas. Todas estas líneas de pruebas sugieren que las galaxias, los cúmulos de galaxias y el Universo como un todo contienen mucha más materia que la que interactúa con la radiación electromagnética: lo restante es llamado “el componente de materia oscura”. Claro que, también todo esas anomalías observadas pudieran ser debidas a una fuerza que no hemos podido observar o descubrir, y, también, a cualquier otro factor desconocido de los que tántos esconde el Universo.

Los físicos proponen un mecanismo que explica el origen tanto de la materia oscura como de la materia ordinaria. Este mapa en 3D muestra la distribución a gran escala de la materia oscura, reconstruida a partir de las mediciones realizadas por el método de las lentes gravitatorias débiles con el Telescopio Espacial Hubble. El campo de visión abarca cerca de nueve veces el tamaño de la Luna llena.

De la lecturta del último párrafo, uno sale convencido totalmente de que, nadie sabe lo que la “materia oscura” puesa ser. Es como aquel criste que contaban en el que, un cazador que tenía tenblores era el que más pájaros mataba. Uno del grupo, algo mosca, decía: “Claro es que apunta a todos los lados”. De la misma manera, los “expertos, se curan en salud y dicen que la hipotética “matria oscura” pueden ser: ” los WIMPs y los axiones, cuerpos astronómicos como las estrellas enanas y marrones y los  planetas (colectivamente llamados MACHO) y las nubes de gases no luminosos.” y, seguro que me dejo algunop por detrás, ya ue me fantan los neutrinos y los agujeros negros que también, fueron candidatos a “materia oscura”.

En lo que al vacío se refiere, son muchos los conceptos que como vacío está en nuestras bocas y, podemos decir: “Se ha detectado un inmenso vacío en el Universo lejano”. En la página de Astronomía Of The Day de la Nasa, con esa imagen de arriba, nos decían:

“¿Qué ha creado este gigantesco volumen vacío en el Universo? Nadie está aún seguro. Es más: se sigue investigando incluso el tamaño del hueco, estimado en unos millones de años-luz.  El vacío no es un “agujero en el espacio” como podría serlo un agujero negro, sino más bien una inmensa región del Universo en la que al parecer no hay materia normal, o, siquiera, materia oscura. Se cree que el vacío puede contener energía oscura,  sin embargo, y es claramente transparente a la luz.

La existencia de esta zona vacía se postula como posible explicación para la inusuales zonas frías cartografiadas en elmapa de la misión WMAP del fondo cósmico de microondas  (CMB). Una posibilidad es que esta región del fondo cósmico de microondas no esté realmente tan fría,  sino que la luz proveniente de ella haya sufrido, de alguna manera, un desplazamiento cosmolñógico al rojo mayor que el esperado. Se conocen otros vacíos de estas características en el Universo, pero éste parece tener efectos gravitatorios inusualmente grandes, por lo que podría ser el mayor vacío del Universo conocido. En una investigación sobre el tema, un reciente estudio encontró un número extrañamente reducido de fuentes císmicas de radio entre la Tierra y esta zona fría del fondo cósmico de microondas, dato que llevó a inferir la existencia de esta inmensa zona vacía.” Es decir, continuamos dando palos de ciego y, cuando no sabemos, teorizados y emitimos conjeturas e hipótesis que, no siempre, reflejan la realidad.

Es el estado cuántico con la menor energía posible. Generalmente no contiene partículas físicas. El término “Energía del punto cero” es usado ocasionalmente como sinónimo para el vacío cuántico de un determinado campo cuántico.  De acuerdo a lo que se entiende actualmente por vacío cuántico o “estado de vacío”, este “no es desde ningún punto de vista un simple espacio vacío”. , y otra vez: “es un error pensar en cualquier vacío físico como un absoluto espacio vacío.” De acuerdo con la mecánica cuántica, el vacío cuántico no está verdaderamente vacío sino que contiene ondas electromagnéticas fluctuantes y partículas que saltan adentro y fuera de la existencia.

La existencia del cuanto de acción supone, realmente, la desaparición del vacío como tal. La mínima energía posible en el espacio (fluctuaciones cuánticas) deja de ser cero para pasar a depender del inverso de la distancia considerada. A la menor distancia posible (longitud de Planck = 10-35 metros) , se le asocia una energía considerable, equivalente a una masa de 0,00002 gramos, y si mantuviéramos la misma relación, la masa correspondiente a un metro sería del orden de 1,2 x1024 toneladas. Pero la propia existencia del mínimo cuanto de acción – principio de incertidumbre – determina que las fluctuaciones de energía del vacío queden acotadas, y sean cada vez menores conforme aumenta la distancia. Para las distancias macroscópicas, cotidianas para nosotros, son prácticamente nulas.

Después de leer todo lo anterior, tenemos que pensar y hacernos preguntas sobre lo que es y lo que realmente puede ser. Cierto que, no estamos en disposición de discernir entre la verdad y la mentira de todo lo que se dice y, para no estar seguros, no sabemos, con certeza, ni siquiera si el Big Bang existió y fue el origen del Universo, o, por el contrario, el Universo ya estaba aquí, o, se formó de otra manera.

Muchas de las cosas que se nos presentan como ciertas…No lo son, y, sin embargo, ahí perduran en nuestras mentes como si de algo real se tratara y, pasado el tiempo, se descubre que aquello, no era tal como nos lo contaron sino que, se trataba de algo distinto y totalmente opuesto a lo que fue nuestro credo.

Así hemos venido caminando los componentes de este grupo que forma una especie que llamamos humanidad. Somos curiosos y queremos saber sobre todo lo que a nuestro alrededor pasa, saber cómo pasaron las cosas y llegar a comprender el por qué sucedió así y no de otra manera. Pero la ciencia, la única que nos podía dar una respuesta, no es fácil y exige de ciertas reglas que debemos cumplir y, desde luego, no siempre hemos estado preparados para cumplirlas y, la mejor herramienta que hemos tenido ha sido nuestra Mente. Imaginación y pensamientos que nos llevaron a dibujhar en nuestras mentes un “mundo” que no siempre coincide con el mundo pero, de esa manera, hemos avanzado y lo seguimos haciendo.

Bueno, es cierto, y debemos reconocer que aún no sabemos “todo” y, sin embargo, hemos podido llegar a comprender muchas cosas que sí podríamos explicar, todas esas imñágenes de arriba y muchas más pueden ser explicadas de manera muy detallada y con abundancia de datos. La Humanidad no está pasara, nunca dejó de moverse y la imaginación que genera sus mentes…evoluciona sin cesar, es una fuente de creación y, aunque sea lentamente (el ritmo lo impone el Universo), vamos sabiendo y, algún día sabremos lo que realmente pueda ser eso que llamamos “materia oscura”, sabremos si el Higgs es el dador de las masas, y podremos comprender sobre el vacío y sus verdaderas propiedades y, además, sabremos sobre otros muchos secretos que el Universo guarda y que, nosotros, humildes humanos, vamos a desvelar.

emilio silvera

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