Sí, hemos tenido la suerte de venir a caer a un planeta de agua y rocas, y, aunque el plasma se deja ver, lo hace tímidamente, no causa temor. Se sabe que el 99 % de la materia visible en el Universo se encuentra en estado de plasma. Solo nosotros tenemos suerte viviendo en nuestra Tierra, la cual pertenece a ese uno por ciento de otros estados de la materia. Pero incluso en nuestra Tierra encontramos plasma: en los canales de los rayos, en la ionósfera, en las auroras o brillos polares y en la magnetosfera de la Tierra. En el sistema solar el plasma se encuentra en el viento solar, en la magnetósfera de los planetas y cometas. Alrededor de Júpiter y Saturno tenemos incluso plasma que forma toroides gigantescos. El mismo Sol y el resto de las estrellas son gigantescas bolas de plasma y tales fenómenos como son las manchas solares, espículas, erupciones de la cromosfera y protuberancias pertenecen a las manifestaciones plasmáticas típicas. No solo las estrellas, sino que una buena parte de las nebulosas en las galaxias esta compuesta de plasma.

Acaso el más sublime espectáculo de la Tierra sea contemplar las auroras que se forman en los Polos debido a la interacción del plasma solar y las partículas de aire; este espectáculo, al menos en magnitud, palidece con las auroras de Júpiter.

En las nebulosas de nueva cuenta observamos manifestaciones plasmáticas: filamentación producida por los campos eléctricos y magnéticos, aceleración de partículas a una marcada energía y radiación luminosa (en distintas longitudes de onda) resultado de distintos mecanismos. En la cercanía del centro de nuestra galaxia se han observado extensos filamentos de plasma, con longitudes de alrededor de 250 años luz, perpendiculares al plano de nuestra galaxia. En el resto de las galaxias se encuentran formaciones similares, sean estas las que se siguen hasta los núcleos de las galaxias activas.

Pequeña Nube de Magallanes.

Galaxias cercanas están unidas por puentes de plasma conductores de corriente eléctrica (por ejemplo nuestra Via Láctea con las Nubes Magallánicas). Las expulsiones de materia y energía características de los cuasares y los núcleos activos de galaxias son de nuevo formaciones de plasma y la estructura de radio de fondo, que con frecuencia se observa en estos objetos, tiene su origen en las propiedades del plasma. Las simulaciones numéricas de los últimos años muestran que probablemente los fenómenos del plasma deberían tener un rol dominante en la formación de estrellas a partir de la creación de la nube protoestelar, posibilitando la creación de los glóbulos primarios sin tener que cumplimentar el criterio de Jeans en cuanto al tamaño mínimo de la nebulosa e incluso sin una onda “iniciadora” de choque de alguna supernova cercana.

Aparte de los tres familiares estados de la materia que más conocemos: sólido, líquido y gaseoso, también están el Plasma y el Condensado de Bose-Einstein. El plasma es un estado de gas ionizado donde los átomos y moléculas que lo componen han perdido gran parte de sus electrones. Está compuesto por electrones, cationes (iones con carga positiva) y neutrones.

En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló una estadística mediante la cual se estudiaba cuándo dos fotones debían ser considerados como iguales o diferentes. Envió sus estudios a Albert Einstein, con el fin de que le apoyara a publicar su novedoso estudio en la comunidad científica y, además de apoyarle, Einstein aplicó lo desarrollado por Bose a los átomos. Predijeron en conjunto el quinto estado de la materia en 1924.

No todos los átomos siguen las reglas de la estadística de Bose-Einstein. Sin embargo, los que lo hacen, a muy bajas temperaturas, se encuentran todos en el mismo nivel de energía.

De la misma manera las simulaciones numéricas muestran, que los brazos espirales de las galaxias pueden ser resultado de la interacción electromagnética y campos magnéticos globales y de ninguna manera son solo manifestaciones gravitacionales. Actualmente es seguro también que las partículas naturalmente más energéticas, las cuales son observadas en la radiación cósmica de fondo, fueron aceleradas  en filamentos espaciales de plasma con doble capa eléctrica (fotones remanentes de la gran explosión, también conocidos como Radiación Cósmica de fondo en Microondas o CMBR por sus siglas en inglés). El Universo no es solamente interacción gravitacional, tal y como habíamos pensado hasta hace poco tiempo. En la formación del Universo contribuyen en la misma medida la interacción electromagnética y sus diversas manifestaciones. Con la introducción de los estudios de rayos X hemos llegado literalmente a un ataque de la física del plasma al estudio de nuestro Universo.

             Las mnanifestaciones de plas en el Universo son… inmensas

El Plasma puede ser producido en distintos medios y regiones del Universo, incluso aquí en la Tierra aparece de vez en cuando cuando las condiciones así lo hace posible.  Para el humano, el ejemplo que quizá sea más conocido sobre plasma, es el canal conductor de los rayos o relámpagos. Los parámetros típicos del rayo son:

• Diámetro del canal conductor ~ 5 cm
• Longitud del canal ~ 3 km
• Corriente ~ 200 kA
• Temperatura ~ 30 000 K
• Duración ~ 10⁻⁴ s
• Velocidad de movimiento ~ 0,1 c  (o sea 30 000 km·s⁻¹)
• Energía ~ 6×10⁸ J
• Área de condensación de carga ~ 3 000 km³

En otros planetas nos encontramos con rayos incluso más grandes: en Venus los rayos tienen una energía total de 2×10¹⁰ J y en Júpiter hasta 3×10¹² J. Los filamentos de plasma están en los remanentes de supernovas y en otras muchas Nebulosas además de en todas las estrellas del firmamento galáctico del Universo.

Claro que, también encontramos plasma en otros lugares del Universo y, como en el caso de arriba, forman parte de un conjunto que no podemos explicar…del todo. El capricho de la Naturaleza ha “construido” este original y simétrico conjunto que hace las delicias de los astrónomos que tratan de averiguar los mecanismos ahí presentes para conformar ese cuadro.

Lo dicho…¡Lo que no esté en el Universo!

emilio silvera

[?]

En la Edad Media el pensamiento indio estaba muy por delante del europeo en varias áreas.  En esta época, los monasterios budistas de la India tenían tantos recursos que actuaban como bancos e invertían sus excedentes financieros en empresas comerciales. Detalles como éste aclaran por qué los historiadores se refieren a la reunificación del norte de la India bajo los Guptas (c.320-550) como una era dorada.

Ruinas de Mohenjo-Daro. La primera gran civilización india, de signo neolítico, se produjo entre el 2500 y el 1500 a. C. en la zona del río Indo (noroeste de la India). Esta región, entre los montes Zagros, el Hindu Kush  y el Himalaya, ha sido desde antiguo una importante ruta comercial entre el Mediterráneo y el Lejano Oriente, hecho del que se beneficiaron los pueblos de la zona. La cultura del Indo es conocida principalmente por las excavaciones realizadas en 1920 por Jphn Marshall en el antiguo pueblo de Mphenjp-Daro (actual Pakistán) y Harappa (Panyaba pakistaní). Al parecer, esta civilización mantuvo contactos con Mesopotaia y desarrolló un sistema de escritura que aún no se ha descifrado. En este emplazamiento existieron nueve ciudades superpuestas, de un perfecto urbanismo, con un adelantado sistema de alcantarillado, edificios públicos y calles paralelas, organizadas según una planimetría regular y simétrica. La construcción se realizaba con barro cocido y ladrillo, con casas con un sistema de conducción de agua bastante avanzado. También se han hallado vestigios de bóvedas, construidas en ladrillo. Dominaba el conjunto una ciudadela o acrópòlis amuralladas  y con un conjunto de terrazas donde se hallaban edificios públicos como baños, palestras o claustros, aunque sin embargo no se han hallado termplos o palacios. Pero sigamos.

Esta dinastía, en conjunción con el reinado de Harsha Vardhana (606-647), abarca el período que hoy se considera la era clásica de la India.  Además de los progresos realizados en matemáticas, esta época fue testigo del surgimiento de la literatura en sánscrito, de la aparición de formas de hinduismo nuevas y duraderas, entre ellas el vedanta, y del desarrollo de una espléndida arquitectura religiosa.

Más que la mayoría de los lenguajes, el sánscrito encarna una idea: es el lenguaje especial para gente que deben tener una clasificación también especial.  Es una lengua de más de tres mil años de antigüedad. En un principio, fue la lengua del Punjab, pero luego se difundió al este.

Se puede discutir si los autores del Rig Veda fueron los arios procedentes de fuera de la India o indígenas de la región, pero lo que no se puede poner en duda es que poseían un idioma de gran riqueza y precisión, y una tradición poética cultivada.

La importancia de los gramáticos para la historia del sánscrito no tiene comparación en ninguna otra lengua del mundo.  La preeminencia que alcanzó esta actividad se deriva de la necesidad   de preservar intactos los textos sagrados de los Vedas: según la tradición, cada palabra del ritual tenía que pronunciarse de forma exacta.  Así que da demostrado en algún momento del siglo IV a.c. cuando Panini compone su Gramática.

El sánscrito es una de las aportaciones más grandes de la cultura que nos vamos a poder encontrar que se ha formado de alguna manera en un territorio indio europeo como lo es la india, ya que es considerado como la lengua más antigua de toda esta zona, pues según algunos historiadores y analistas de toda esta situación el mismo fue conformado o desarrollado hace más de 4000 años, algo para tener en cuenta por parte de todos nosotros, ya que según muchas personas gracias a esta gran cantidad de aportes que se fueron formando con él sanscrito se fue formando todo lo que conocemos en la actualidad en cada una de las diferentes lenguas y textos que se desarrollaron en lo que es actualmente.

Nada sabemos sobre la vida de Panini, aparte de que nació en Satura, en el extremo noroeste de la India.  Su Astadhyayi consta de cuatro mil aforismos que describen, con abundante detalle, la forma de sánscrito que utilizaban los brahmanes de la época.  Su obra tuvo tanto éxito, que la forma del idioma que describió quedó establecida para siempre, después de lo cual vendría a ser conocida como samskrta (“perfecta”).

A partir de los trabajos de Panini, el lenguaje en la India evolucionó de manera considerable y sus efectos se podría decir, fueron altamente positivos.  El lenguaje estaba dividido en dos: sánscrito para el estudio y ritual, preservado para la casta de los brahmanes, y, el práctico, para la vida cotidiana.

Hay que decir que, tal distinción ya existía en la época de Buda y Mahavira y desde la época de Panini sólo la lengua vernácula evolucionó de forma normal.  La brecha entre el sánscrito y el práctico se amplió con el paso de los siglos y, sin embargo, ello no tuvo consecuencias negativas para el primero que en la época de los Guptas era el lenguaje utilizado por la Administración. Las lenguas modernas de la India: Bengalí, gujarati, y, maratí, solo empezaron a utilizarse 1.000 años después de C.

Después del siglo II a.C. empiezan a aparecer textos seculares: poesías, dramas y obras de naturaleza científica, técnica o filosófica.  En este momento, todo hombre de letras debía saber de memoria el astadhyayi.  Aprenderlo requería un largo proceso, pero demostraba la educación.

Entre los años 500 y 1.200 d.C., la literatura sánscrita vive su edad de oro, protagonista indiscutible de la cual es Kalidasa, el más famoso de los autores del período den la literatura kavya (secular), la literatura agama (religiosa) y los trabajos de los estudiosos (sastra).

Como ocurre con Panini, tampoco se sabe mucho sobre los orígenes de Kalidasa.  Su nombre significa “esclavo de la diosa kali”, lo que sugiere que pudo nacer al sur de la India, en lo que después se convirtió en Bengala, donde kali, la esposa de Shiva, contaba con muchos seguidores.

Hay ciertas características de las obras de Kalidasa que hace pensar en que podía ser un brahmán de Ujjain o Mandasor, ya que muchos detalles delatan un profundo conocimiento del fértil valle del Narmada, en la región de Malwa.  Como en el caso de Sófocles, sólo se conservan siete de los clásicos sánscritos de kalidasa, poeta lírico y autor de epopeyas y obras de teatro.

Su trabajo más conocido es el poema Meghaduta (Mensajero de las nubes), sin embargo, la obra más evocadora de kalidasa es el drama shakuntala

La superioridad y brillantez de la literatura india de este período quedan confirmadas por el hecho de que sus ideas y prácticas se difundieron por todo el sureste asiático.  Es posible encontrar Budas de estilo gupta de Malaya, Java y Borneo.  Se cree que las inscripciones en sánscrito, que aparecen en Indochina desde el siglo III y IV, constituyen un indicio de los comienzos de la alfabetización en esta región y “casi todos los estilos de escrituras preislámicos del sureste asiático son derivados del gupta Grahmi”.

Su trabajo más conocido es el poema Meghaduta (Mensajero de las nubes), sin embargo, la obra más evocadora de Kalidasa es el drama Shakuntala.

Bajo la dinastía de los guptas el templo hindú se desarrolló  hasta convertirse en la forma arquitectónica clásica de la India.  Es difícil exagerar la importancia del templo hindú.  El mundo tienen una gran deuda con el arte de la India, algo especialmente cierto en el caso de China, Corea, el Tibet. Camboya y Japón.

Es evidente que la iconografía de los templos indios se origina en un conjunto de supuestos diferentes de los des arte cristiano, pero constituye un sistema no menos cerrado e interconectado.  En general, las imágenes hindúes son bastante más arcaicas que las cristianas y en mucho casos más antiguas que el arte griego.  Los mitos de los grandes dioses (Vishnú y Shiva) representados en los grabados se repiten cada palpa, esto es, cada cuatro mil trescientos veinte millones de años.

Habitualmente, los dioses están acompañados de vehículos o se los asocia a ellos: Vishnú a una serpiente o culebra cósmica (símbolo de las aguas primigenias de la creación), Brama a un ganso, Indra a un elefante, Shiva a un tono, y cada uno tiene un significado espiritual, como Airavata, el ancestro celestial de todos los elefantes que lleva a Indra, el rey de los dioses, así que está enclavado como perteneciente a la tierra de los reyes.

La cultura hindú es fascinante y leer en profundidad su historia nos puede dar el conocimiento de gran parte del comportamiento de la Humanidad.  Como otros tantos lugares y culturas, fue invadida por el Islam que nunca consiguió erradicar las costumbres y cultura de los nativos.

Los templos hindúes de la India constituyen una de esas espléndidas obras que nunca se han abierto camino en la mente de Occidente para ser consideradas equivalentes intelectuales y artísticos de, digamos, al arquitectura clásica Griega.  ¡Un gran error!

Como dije antes, otra innovación de los indios fue la invención o creación de los numerales indios.  Ello fue obra en primera instancia del famoso matemático indio Aryabhata, que igualmente mencione antes en alguna parte de este trabajo en el apartado referido a la India.

En el año 499, Aryabhata escribió un pequeño volumen, Aryabhatuya, de 123 versos métricos, que se ocupaban de astronomía y (una tercera parte) de ganitapada o matemáticas.  En la segunda mitad de esta obra, en la que habla del tiempo y la trigonometría esférica, Aryabhata utiliza una frase, en la que se refiere a los números empleados en el cálculo, “cada lugar es diez veces el lugar precedente”.  El  valor posicional había sido un componente esencial de la numeración babilónica, pero los babilonios no empleaban un sistema decimal.

La numeración había empezado en India con simples trazos verticales dispuestos en grupos, un sistema repetitivo que se mantuvo aunque después se crearon nuevos símbolos para el cuatro, diez, veinte y el cien.  Esta escritura kharosti dio paso a los denominados caracteres brahmi, un sistema similar al jonio griego.

Desde este punto se necesitaban dos pasos adicionales para llegar al sistema que empleamos ahora.  El primero era comprender que un sistema posicional sólo requiere nueve cifras (y que, por tanto, podemos deshacernos de todos los demás).  No hay certeza sobre cuando se dio este paso por primera vez, pero el consenso entre los historiadores de las matemáticas es que se produjo en la India, y que quizá se desarrolló a lo largo de la frontera entre la India y Persia, donde el recuerdo del sistema posicional puede haber incitado a su uso en al alternativa brahmi, o en la frontera con China, donde existía un sistema de varas.

Esto también puede haber sugerido la reducción de los numerales a nueve.  La referencia más antigua a los nueve numerales indios la encontramos en los escritos de un obispo sirio llamado Severo Sebokt que, molesto con los griegos (cerrados a otros saberes en países distintos a Grecia), trató de recordarles que, también en otros lugares, y otras culturas, tenían conocimientos dignos de atención y, apelaba a los indios y los descubrimientos que éstos habían realizado en astronomía y, en particular, “su valioso método de calcular, que supera cualquier descripción. Sus cálculos de realizaban mediante nueve signos (nueve no diez) La primera aparición indudable del cero en la India es una inscripción del año 876, más de dos siglos después de la primera mención del uso de los otros nueve numerales.

Todavía no sabemos con certeza dónde surgió por primera vez el cero, y el concepto de nada, de  vacío, llegaron los mayas de manera independiente.  Algunos sitúan la aparición del cero en China.  No obstante, nadie discute la influencia india, y todo aparece indicar que fueron ellos los primeros que emplearon a la vez los tres nuevos elementos en que se funda nuestro actual Sistema numérico:

• una base decimal,
• una notación posicionad y cifras para diez, y
• sólo diez, numerales.  Y esto ya establecido en 876.

En algún momento se dio por hecho que el cero provenía originalmente de la letra griega omicrón, la inicial de la palabra ouden, que significa “vacío”.

¡Nuestra Humanidad! ¡Que gente! ¡Que cosas! ¡Cuantas maravillas!

La fuente: mi Biblioteca personal y un poco de mi imaginación para poner algunas guindas.

emilio silvera

[?]

Todos hemos visto, en más de una ocasión, imágenes del planeta Marte de regiones dispares y de variado contenido. Marte, el cuarto planeta desde el Sol, aparece marcadamente rojizo cuando se observa a simple vista. Tiene una delgada atmósfera compuesta (en volumen) por alrededor del 95% de dióxido de carbono, 2,7% de Nitrógeno, 1,6% de Argón, 0,1% de Oxígeno, 0,1% de monóxido de carbono y pequeñas trazas variables de vapor de agua. La presión atmosférica en la superficie es de unos 6 mbar. Las temperaturas superficiales pueden variar entre 0 y -125ºC, siendo la media de -50ºC. Es relativamente común la presencia de nubes blancas de vapor de agua condensada o de dióxido de carbono, particularmente cerca del terminador  y en latitudes polares.

Existen dos casquetes  de hielo de agua permanentes en los polos, que nunca se funden. En invierno éstos aumentan de tamaño al convertirse en casquetes de dióxido de carbono congelado hasta alcanzar los 60º de longitud. Ocurren esporádicamente tormentas de polvo que llegan a cubrir la totalidad del planeta con una neblina amarilla, oscureciendo los accidentes superficiales más familiares.

[?]

En otro trabajo de Rumores del saber del mundo que hoy aparece en este Blog, terminamos tal como comienza este que ahora podéis leer

Todavía no sabemos con certeza dónde surgió por primera vez el cero, y el concepto de nada, de  vacío, al que llegaron los mayas de manera independiente.   Algunos sitúan la aparición del cero en China.  No obstante, nadie discute la influencia india, y todo aparece indicar que fueron ellos los primeros que emplearon a la vez los tres nuevos elementos en que se funda nuestro actual Sistema numérico:

• una base decimal,
• una notación posicionad y cifras para diez, y
• sólo diez, numerales.  Y esto ya establecido en 876.

En algún momento se dio por hecho que el cero provenía originalmente de la letra griega omicrón, la inicial de la palabra ouden, que significa “vacío”.

Estamos comentando hechos y sobre personajes que, en distintas épocas y partes del mundo, hicieron posible el avance de nuestros conocimientos, todos y todo contribuyó a ello, cada cosa y cada personaje en su medida, pero todos y todo junto, lo hizo posible.  Hoy nosotros,  podemos aprender de todo aquello, y podemos saber como llegaos a conseguir los conocimientos que tenemos en muchos aspectos de nuestras experiencias transmitidas por estudiosos de hace muchos siglos.

Aquellos hombres arriesgaban sus vidas por saber, fueron muchos de los clásicos griegos los pertenecientes a este grupo viajero, y, a pesar del riesgo que ello conllevaba, viajaban a lugares lejanos buscando saber de matemáticas o de astronomía.

También proliferaban los viajeros guerreros y aventureros.  Los mercaderes y comerciantes, por aquellos tiempos, fueron el ejemplo de hombres viajeros audaces que, buscando fortuna eran capaces de llegar hasta el fin del mundo (como se solía decir entonces).

[?]

El estado actual de la cuestión es que los cosmólogos creen saber que hay una gran cantidad de materia oscura en el Universo y, han conseguido eliminar la candidatura de cualquier tipo de partícula ordinaria que conocemos. En tales circunstancias no se puede llegar a otra conclusión que la materia oscura debe de existir en alguna forma que todavía no hemos visto y cuyas propiedades ignoramos totalmente.

A los teóricos nada les gusta más que aquella situación en la cual puedan dejar volar libremente la imaginación sin miedo a que nada tan brusco como un experimento u observación acabe con su juego. En cualquier caso, han producido sugerencias extraordinarias acerca de lo que podría ser la “materia oscura” del universo.

La forma en que llevan este asunto es esta: toman una teoría en boga de modo general acerca de la interacción de los constituyentes fundamentales de la materia y notan que la teoría requiere o permite la existencia de algún tipo de partícula nueva. Se examinan las exigencias de la naturaleza de esta partícula aún no descubierta, y si puede desempeñar el papel de materia oscura fría (resulta que desde el punto de vista de la creación de la estructura observada en el Universo, la característica más importe del proceso de desaparejamiento para la materia oscura es la velocidad de las partículas cuando son libres. Si el desaparejamiento tiene lugar muy pronto en el Big Bang, la materia oscura puede salir con sus partículas moviéndose muy rápidamente, casi a la velocidad de la luz.

Si es así decimos que la materia oscura está caliente. Si el desaparejamiento tiene lugar cuando las partículas están moviéndose poco a poco –velocidad significativamente menor que la de la luz- decimos que la materia está fría) o caliente y a partir de ahí se anuncia con gran fanfarria que el constituyente último del universo ha sido descubierto.

Eso que llamamos materia oscura, incluso, podría ser la Gravedad que nos llega desde otros universos que, vecinos del nuestro, inciden en toda la materia de éste. ¿quién sabe ahora mismo la verdad?

De esta manera se vinieron a unir la física de partículas y la cosmología y la existencia de cada partícula que, en cada teoría fueron sugeridas originalmente por razones que nada tienen que ver con la estructura del universo. El estudio de sus propiedades estaba impulsado únicamente por las exigencias internas de las teorías que se forjaban para explicar las interacciones entre partículas fundamentales. Sólo después de que esos pasos se habían completado se comprendió que esas partículas podían desempeñar un papel cosmológico.

En relación a la materia oscura relacionadas con eso que llaman WIMPs, como posibles candidatas a ser las constituyentes de la materia oscura (WIMP, un acrónimo de Partícula Masiva de Interacción Débil). Claro que, habrá que considerar a los estimables candidatos sugeridos en los últimos años, y, por otra parte, habría que considerar aquellos que no son estimables como posibles candidatos. Pero antes de comenzar este ejercicio de imaginación, me gustaría subrayar enfáticamente una cosa: ninguna de las formas de materia que se mencionaran –ni una sola- ha sido vista nunca en un laboratorio. Pueden pensar ustedes que tienen que existir, incluso pueden alegar que si hubiésemos buscado suficientemente las hubiésemos encontrado; pero algún científico medieval pensaba lo mismo del unicornio.

Universos burbuja. Cada disco es un universo burbuja; los Universos 1 al 6 poseen distintas constantes físicas, correspondiendo nuestro universo a una de dichas burbujas.

Como la descripción de posibilidades más exóticas nos conducirá a algunas regiones bastante abstractas de la física de partículas elementales, el lector que desee ahorrarse la aventura puede saltar directamente hacia delante, exactamente al lugar donde he enumerado los candidatos a la materia oscura y sus propiedades.

                         Súper-simetría, Súper-cuerdas

El mayor número de candidatos para la materia oscura surge de un principio conocido como supersimetría. Las teorías que presuponen la supersimetría son aquellas que unifican las cuatro fuerzas; las teorías últimas que gobiernan el primer instante de la vida del universo. En la frívola jerga de la moderna cosmología, algunas veces se habla de ella como TOE, la Teoría de Todas las Cosas.

¿Qué es la supersimetría?

Cuando la materia se rompe en sus constituyentes últimos, reconocemos dos tipos de partículas elementales. En primer lugar están los Quarks y partículas como el electrón (leptones) que constituyen la materia sólida.

Estas partículas están agrupadas bajo el término general de “fermiones”, por Enrico Fermi, el físico italo-norteamericano que fue el primero en investigar sus propiedades. Se caracterizan por el hecho de que giran alrededor de sus ejes de rotación a ritmos que son fracciones semienteras de una unidad básica de rotación. En otras palabras, tienen un spín ½, 3/2, etc., pero nunca 1, 2,… y responden a la estadística de Fermi-Dirac.

La segunda clase de partícula se llama “bosones”, por el físico indio S.N. Bose. Estas partículas tienen un spín 0, 1, 2, etc. A diferencia de las fermiones, no son parte de la estructura de la materia sólida. Por el contrario, saltan entre otras partículas, creando las fuerzas que ligan a la materia (o, en ocasiones, la separan). El Bosón más familiar es el fotón, la partícula asociada con la luz ordinaria. Cuando los fotones son intercambiados hacia delante y hacia atrás entre dos partículas cargadas (por ejemplo, un electrón y el núcleo alrededor del cual gira), el cambio crea las fuerza eléctrica familiar.

La supercuerda, esa Teoría del Todo

Así pues, se puede pensar en el átomo como manteniéndose unido por los protones, que son intercambiados entre los electrones y el núcleo. Es en el átomo donde podemos ver más claramente los papeles de los dos tipos de partícula. La estructura del átomo –la materia sólida de que está hecho- de electrones, protones y neutrones. Todos ellos son fermiones. Lo mismo que los Quarks, que forman los protones y neutrones. Pero estas partículas son mantenidas juntas en su estructura por el constante intercambio de Bosones. Igual que los fotones mantienen los electrones en órbita, partículas análogas llamadas gluones mantienen juntas las partículas en el núcleo.

Lo interesante sobre los fermiones y Bosones es esto: nunca vemos en el laboratorio una interacción en la que un tipo de partícula se cambie en otra. En otras palabras, parece que hay un muro impenetrable entre las dos clases de partículas, pues están divididas para siempre de acuerdo con la función que llevan a cabo. Esta distinción debe haberse mantenido desde que las Gravedad se separó de las otras fuerzas, un momento en el que el universo tenía 10ˉ⁴³ segundos de edad.

Una sencilla imagen que nos habla de la unidad fundamental de la materia que, conforma todo lo que vemos y que puebla nuestro Universo. Sin la Materia, sí que ésto sería un Universo vacío, o, no sería.

Por diversas razones técnicas resulta que, si queremos redactar la teoría unificada última, una teoría en la que la gravedad sea tratada del mismo modo que todas las otras fuerzas, debemos introducir reacciones en las que los fermiones puedan convertirse en Bosones y los Bosones en fermiones. En efecto, la distinción entre las partículas como estructura y las partículas como fuerza no debe de haber estado presente cuando el universo nació, y debe haber aparecido después de la primera congelación, cuando la gravedad se separó de todas las otras fuerzas. (Debemos observar que, cuando las partículas se pueden convertir unas en otras en cualquier tipo de interacción, los físicos piensan que son las mismas partículas. De forma semejante que ustedes son las mismas personas vestidos con traje de negocios o con el chándal de correr).

Un mundo en el que no se mantenga la distinción entre Bosones y fermiones se dice que es supersimétrico. Sería un mundo de simplicidad total, porque sólo habría un tipo de partícula, y constituiría tanto la estructura como la fuerza. El modo más prometedor de comprender los orígenes del universo parece implicar teorías que postulan que todo comenzó en un estado supersimétrico.

Tales teorías predicen también que en el comienzo, cuando el universo era supersimétrico, había compañeros –imágenes en el espejo, por así decirlo- de todas las partículas familiares. Sabemos que hoy en nuestro mundo hay un Bosón llamado fotón que genera la fuerza eléctrica. Las teorías de supersimetría dicen que antes de que la Gravedad se congelara separándose de las otras fuerzas, había otra partícula, idéntica al fotón en todo, excepto que tenía un spín de ½ en lugar de 1. Esta otra partícula, llamada fotino, era un fermión. En el universo joven esta partícula y el fotón se podían transformar la una en la otra.

Cuando la Gravedad se separó de las otras fuerzas la simetría entre Bosones y Fermiones desapareció y la primera simplicidad del universo se perdió. Desde el punto de vista de las partículas, esta pérdida de simetría se manifestó en un proceso en el cual el fotino se hizo más masivo, mucho más pesado que el protón. Las teorías predicen que en el universo actual hay un tipo de mundo espejo formado por los compañeros supersimétricos de todas las partículas que vemos normalmente. Por ejemplo, sabemos que hay una partícula llamada electrón, pero las teorías nos dicen que también sería posible un análogo supersimétrico del electrón que tenga spín 1 en lugar de spín ½ y sea muy masivo. Esta partícula se llama selectrón. También se supone que hay Squars (los análogos de los quarks), sneutrinos (análogos de los neutrinos), y así sucesivamente. Quizá hay incluso shombres y smujeres, aunque las teorías aún no han planteado la cuestión, al menos que yo sepa.

Ahora bien, esas teorías no exigen que las partículas supersimétricas se congreguen en los mismos lugares que la materia ordinaria. Ni tampoco nos dan ninguna noción firme de cuanta masa se supone que tiene una cosa como el fotino, aunque la opinión corriente es que el fotino es probablemente al menos cuarenta veces más masivo que el protón. Al mismo tiempo, las teorías requieren que, una vez rota la simetría, la interacción entre el mundo supersimétrico y el nuestro debe ser muy débil. Todas las “spartículas” deberían ser mucho más esquivas que el neutrino, e imposibles de detectar directamente con nuestra tecnología actual (dejando aparte al LHC que, en este campo, si en verdad existen esas partículas, podría darnos alguna sorpresa).

Con todas estas propiedades, las partículas supersimétricas son candidatos perfectos para la materia oscura. Son masivas, así que pueden ejercer una fuerza gravitatoria. Interaccionan débilmente, así que no interferirían con el funcionamiento normal de cosas como estrellas o aceleradores de alta energía. ¿Qué más se podría pedir?

La realización más a la moda de la idea de la supersimetría está contenida en lo que se llaman teorías de “supercuerdas”. En estas teorías los constituyentes básicos de todas las partículas son diminutas cuerdas de materia muy densa enterradas dentro de una especie de nube esponjosa de materia que forma las capas exteriores de las partículas familiares.

Las cuerdas son muy pequeñas, pues no tienen más de 10ˉ³³ cm de largo. El tipo de cuerda que se supone forma el corazón de la materia tiene de este modo la misma relación de tamaño que un protón que la tenemos nosotros con una galaxia pequeña. En las primeras teorías formuladas de cuerdas, los fermiones correspondían a lazos, mientras que los Bosones corresponden a cuerdas abiertas. Incluso los quarks se supone que están formados de cuerdas si se los mira lo bastante cerca.

Si suponemos que el corazón de la materia tiene algún tipo de estructura fibrosa, entonces existe una útil analogía que nos ayuda a comprender como debe comportarse la materia (particularmente materia supersimétrica). Todos hemos podido ver y oír lo que ocurre cuando se tañe una cuerda de guitarra, y, podríamos pensar que si se “tañe” una supercuerda, ésta también puede vibrar (como la cuerda de la guitarra) de muchos modos diferentes y, cada uno de estos modos tendrá una energía y una masa diferentes de los otros. Entonces, cuando miramos una supercuerda vibrando, vemos algo que tiene masa, y una masa diferente de una cuerda vibrante a otra. Pero esto es precisamente lo que vemos cuando miramos partículas diferentes, pues también tienen diferentes masas. Esto explica uno de los principios centrales de la teoría de supercuerdas.

Cada uno de los infinitos modos posibles de vibración de la cuerda corresponderá a una partícula diferente; así esperamos que haya un número infinito de partículas posibles en el mundo.

                           El Universo misterioso, ¿Cuantos secretos esconde?

Esta idea también nos conduce a sospechar que, si una cuerda es pulsada (por ejemplo al añadirle energía una colisión de alta energía), los armónicos más altos finalmente se extinguirán, dejando sólo el modo fundamental de vibración. Éste es un punto importante, porque significa que si buscamos partículas supersimétricas, es fácil que encontremos sólo las correspondientes al modo fundamental de oscilación, que interpretamos como partículas supersimétricas de la masa más baja. Claro que, lo dicho hasta ahora aunque pueda parecer algo caprichoso, no es nada si lo comparamos con el hecho de que, además, estas cuerdas no pueden vibrar en las tres dimensiones ordinarias, ni siquiera en un mundo de cuatro dimensiones de Einstein. Las teorías de cuerdas nos dicen que estas deben vibrar en 10, 11 o 26 dimensiones ( ¿Están seguros de querer seguir leyendo todo esto en lugar de saltar y pasar al resumen final? )

Nunca hemos podido (en nuestro mundo físico y “real”) el poder visualizar más de tres dimensiones, pues no se puede hacer. Nuestro mundo y nosotros mismos somos tridimensionales y, situarnos en un mundo de más dimensiones resulta imposible, ni siquiera mentalmente lo podemos conseguir. Los teóricos se ven obligados a considerar este tipo de cosas porque sólo en muchas dimensiones las teorías que ellos escriben evitan tener algo llamado anomalías. La definición técnica de este término no importa: un matemático reacciona a una anomalía en sus ecuaciones como ustedes reaccionarían cuando el banco les comunica que se han sobrepasado a la hora de extender cheques de su cuenta corriente. Las anomalías son mala cosa y deben ser evitadas a toda costa, aunque esto signifique (en el caso de estas teorías) tener que amontonar las dimensiones.

Sin armar un alboroto respecto a la multidimensionalidad, me gustaría decir que no existe ninguna razón por la que debamos esperar librarnos de las anomalías en ninguna dimensión. La solución que encontraron los teóricos es parecida a la que ustedes encontrarían si descubrieran que podrían equilibrar su cuenta si utilizasen para los cheques papel con diez, once o veintiséis líneas, pero no en cualquier otra circunstancia.

Claro que, todo esto, tanto a ustedes como a los físicos, los dejaría envueltos en una sensación de misterio. Naturalmente, la multiplicidad de las cuerdas nos conduce a otro problema. Después de todo vivimos en un mundo de cuatro dimensiones (si le otorgamos al tiempo la categoría de dimensión). Para resolver esta disparidad, los teóricos de supercuerdas postulan que cuando la gravedad se congeló, las dimensiones extras sufrieron un proceso llamado “compactificación”. Como el nombre indica, la teoría predice que las dimensiones sobrantes “se ensortijaron” de forma que el mundo parece cuatridimensional a menos que se lo mire a una escala realmente fina.

¿Qué vamos a hacer con las supercuerdas? Por un lado proporcionan una Teoría de Todas las Cosas verdaderamente bella y elegante. Ofrecen un esquema en el que todas las fuerzas aparecen en pie de igualdad, la realización última del sueño de Einstein. Incluso tienen la ventaja de que en algunas versiones la gravedad se unifica con todas las otras fuerzas de forma que describen fuerzas unificadas incluso en nuestro mundo actual.

Está claro que los teóricos han llegado mucho más lejos que los experimentadores que, llegados a este punto, no pueden verificar dichas teorías de cuerdas por falta de las herramientas necesarias para ello y que, principalmente estaría referida a la no disponibilidad de la energía necesaria para poder llegar a esas cuerdas vibrantes que requieren la energía de Planck de 10¹⁹ GeV, cosa que, de momento es impensable en este mundo nuestro que, ya ha quedado asombrado cuando hablamos de la posibilidad de los 14 TeV del LHC. Algunos dicen que la teoría de cuerdas no es de nuestro tiempo y nos hemos adelantado a los acontecimientos del futuro. ¡Ya veremos!

Un posible resultado asombroso delas teorías de las supercuerdas es que pueden dar lugar a otro tipo más de materia oscura. Allí, las ecuaciones parecen sugerir que en el tiempo de Plankc (Tp = 10ˉ⁴³ segundos –en la cosmología del Big Bang, hasta un tiempo de Planck después del instante inicial, es necesario utilizar una teoría cuántica de la gravedad para describir la evolución del universo-) el universo se dividió en dos partes separadas. Está nuestro mundo con su complemento entero de partículas y compañeras supersimétricas y hay, además, un mundo de sombra. La materia en este mundo de sombra tiene un parecido con la del nuestro en que también tienen sus partículas y “spartículas”. Dentro de cada mundo, las partículas interaccionan unas con otras a través de un complemento entero de cuatro fuerzas. Sin embargo, las partículas de un mundo pueden interaccionar con la del otro sólo a través de la fuerza de gravedad. Un electrón y un electrón de sombre pueden estar uno cerca del  otro y no sentir una fuerza eléctrica, aunque cada uno de ellos lleve consigo su propia versión de carga eléctrica. La única fuerza entre los dos sería la fuerza relativamente débil de la gravedad.

La idea de un universo en sombra nos proporciona una manera sencilla de pensar en la materia oscura. El universo dividido en materia y materia se sombra en el Tiempo de Planck, y cada una evolucionó de acuerdo con sus propias leyes. Es de suponer que algún Hubble de sombra descubrió que ese universo de sombra se estaba expandiendo y es de suponer que algunos astrónomos de sombras piensan en nosotros como candidatos para su materia oscura.

¡Puede que incluso haya unos ustedes de sombras leyendo la versión de sombra de este trabajo!

Otro de los WIMPs favoritos se llama axión. Como el fotino y sus compañeros, el axión fue sugerido por consideraciones de simetría. Sin embargo, a diferencia de las partículas, sale de las Grandes Teorías  Unificadas, que describen el Universo en el segundo 10ˉ³5, más que de las teorías totalmente unificadas que operan en el tiempo de Planck.

Durante mucho tiempo han sabido los físicos que toda reacción entre partículas elementales obedece a una simetría que llamamos CPT. Esto significa que si miramos la partícula de una reacción, y luego vemos la misma reacción cuando (1) la miramos en un espejo, (2) sustituimos todas las partículas por antipartículas y (3) hacemos pasar la película hacia atrás, los resultados serán idénticos. En este esquema la P significa paridad (el espejo), la C significa conjugación de carga (poner las antipartículas) y T la reversa del tiempo (pasar la película al revés).

Se pensaba que el mundo era simétrico respecto a CPT porque, al menos al nivel de las partículas elementales, era simétrico respecto a C, P y T independientemente. Ha resultado que no es éste el caso. El mundo visto en un espejo se desvía un tanto al mundo visto directamente, y lo mismo sucede al mundo visto cuando la película pasa al revés. Lo que sucede es que las desviaciones entre el mundo real y el inverso en cada uno de estos casos se cancelan una a la otra cuando miramos las tres inversiones combinadas.

Aunque esto es verdad, también es verdad que el mundo es casi simétrico respecto a CP actuando solos y a T actuando solo; es decir, que el mundo es casi el mismo si lo miran en un espejo y sustituyen las partículas por antipartículas que si lo miran directamente. Este “casi” es lo que preocupa a los físicos. ¿Por qué son las cosas casi perfectas, pero les falta algo?

La respuesta a esta cuestión parece que puede estar en la posible existencia de esa otra partícula apellidada axión. Se supone que el Axión es muy ligero (menos de una millonésima parte de la masa del electrón) e interacciona sólo débilmente con otra materia. Es la pequeña masa y la interacción débil lo que explica el “casi” que preocupa a los teóricos.

Los cálculos de los cosmólogos muestran que en un universo en expansión sería de esperar que los axiones formen una radiación de fondo parecida a la radiación de microondas de fondo de tres grados. Las irregularidades de este fondo de axiones son los que pueden desempeñar el papel de la materia oscura.

Llegados a este punto y algo mareado de tantos conceptos, partículas y tipos de universos, dejaré este comentario como primera parte y, el resumen o enumeración de los candidatos a la materia oscura, junto con una breve descripción de sus propiedades y una corta explicación de por qué se cree que existen, lo dejaré para la próxima entrada.

A continuación enumero los candidatos a la materia oscura, junto con una breve descripción de sus propiedades y una corta explicación de por qué se cree que existen.

Partículas supersimétricas, fotinos, squarks y otros.

Estas partículas son predichas por las teorías que unifican todas las fuerzas de la naturaleza. Forman un conjunto de contrapartidas de las partículas a las que estamos habituados, pero son mucho más pesadas. Se nombran en analogía con sus compañeras: el squark es el compañero supersimétrico del quark, el fotino del fotón, etc. Las más ligeras de estas partículas podrían ser la materia oscura. Si es así, cada partícula probablemente pesaría al menos cuarenta veces más que el protón.

Materia de sombra

En algunas versiones de las llamadas teorías de supercuerdas hay todo un universo de materia de sombra que existe paralelo con el nuestro. Los dos universos se separaron cuando la gravedad se congeló separándose de las  otras fuerzas. Las partículas de sombra interaccionan con nosotros sólo a través de la fuerza de la gravedad, lo que las convierte en candidatas ideales para la materia oscura.

Axiones

El Axión es una partícula muy ligera (pero presumiblemente muy común) que, si existiera, resolvería un problema antiguo en la teoría de las partículas elementales. Se estima que tiene una masa menor que una millonésima parte de la del electrón y se supone que impregna el universo de una manera semejante al fondo de microondas. La materia oscura consistiría en agregaciones de axiones por encima del nivel general de fondo.

¿WIMPs en el Sol?

A lo largo de todo el trabajo se ha dado a entender que todas estas partículas candidatas a materia oscura de la que hemos estado hablando, son puramente hipotéticas. No hay pruebas de que ninguna de ellas se vaya a encontrar de hecho en la naturaleza. Sin embargo sería negligente si no mencionase un argumento –un diminuto rayo de esperanza- que tiende a apoyar la existencia de WIMPs de un tipo u otro. Este argumento tiene que ver con algunos problemas que han surgido en nuestra comprensión del funcionamiento y la estructura del Sol.

Creemos que la energía del Sol viene de reacciones nucleares profundas dentro del núcleo. Si éste es el caso en realidad, la teoría nos dice que esas reacciones deberían estar produciendo neutrinos que en principio son detectables sobre la Tierra. Si conocemos la temperatura y composición del núcleo (como creemos), entonces podemos predecir exactamente cuántos neutrinos detectaremos. Durante más de veinte años se llevó a cabo un experimento en una mina de oro de Dakota del Sur para detectar esos neutrinos y, desgraciadamente, los resultados fueron desconcertantes. El número detectado fue de sólo un tercio de lo que se esperaba. Esto se conoce como el problema del neutrino solar.

La segunda característica del Sol que concierne a la existencia de WIMPs se refiere al hecho de las oscilaciones solares. Cuando los astrónomos contemplan cuidadosamente la superficie solar, la ven vibrar y sacudirse; todo el Sol puede pulsar en períodos de varias horas. Estas oscilaciones son análogas a las ondas de los terremotos, y los astrónomos llaman a sus estudios “sismología solar”. Como creemos conocer la composición del Sol, tenemos que ser capaces de predecir las propiedades de estas ondas de terremotos solares. Sin embargo hay algunas duraderas discrepancias entre la teoría y la observación en este campo.

No hace mucho que los astrónomos han señalado que si la Galaxia está en realidad llena de materia oscura en la forma de WIMPs, entonces, durante su vida, el Sol habría absorbido un gran número de ellos. Los WIMPs, por tanto, formarían parte de la composición del Sol, una parte que no se había tenido en cuenta hasta ahora. Cuando los WIMPs son incluidos en los cálculos, resultan dos consecuencias: primero, la temperatura en el núcleo del Sol resulta ser menor de lo que se creía, de forma que son emitidos menos neutrinos, y segundo, las propiedades del cuerpo del Sol cambian de tal modo que las predicciones de las oscilaciones solares son exactas.

Hasta nos atrevemos a exponer una imagen en la que pretendemos distribuir los WIMPS.

Este resultado es insignificante en lo que se refiere a la existencia de WIMPs, pero como no debemos despreciar las coincidencias halladas, lo más prudente será esperar a nuevos y más avanzados experimentos (SOHO y otros). Tanto el problema del neutrino como las oscilaciones se pueden explicar igualmente bien por otros efectos que no tienen nada que ver con los WIMPs. Por ejemplo, el tipo de oscilaciones de neutrinos podría resolverse si el neutrino solar tuviera alguna masa, aunque fuese muy pequeña, y diversos cambios en los detalles de la estructura interna del Sol podrían explicar las oscilaciones. No obstante estos fenómenos solares constituyen la única indicación que tenemos de que uno de los candidatos a la materia oscura pueda existir realmente.

Toda esta charla sobre supersimetría y teoría últimas da a la discusión de la naturaleza de la materia oscura un tono solemne que no tiene ningún parecido con la forma en que se lleva en realidad el debate entre los cosmólogos. Una de las cosas que más me gusta de este campo es que todo el mundo parece ser capaz de conservar el sentido del humor y una distancia respecto a su propio trabajo, ya que, los buenos científicos saben que, todos los cálculos, conjeturas, hipótesis y finalmente teorías, no serán visadas en la aduana de la Ciencia, hasta que sean muy, pero que muy bien comprobadas mediante el experimento y la observación y, no una sino diez mil veces antes de que puedan ser aceptadas en el ámbito puramente científico.

Posiblemente, el LHC nos pueda decir algo al respecto si, como no pocos esperan, de sus colisiones surgen algunas partículas supersimétricas que nos hablen de ese otro mundo oscuro que, estando en este, no hemos sabido encontrar hasta este momento. Otra posibilidad sería que la tan manoseada materia oscura no existiera y, en su lugar, se descubriera otro fenómeno o mecanismo natural desconocido hasta ahora que, incidiendo en el comportamiento de expansión del Universo, nos hiciera pensar en la existencia de la “materia oscura” para cubrir el hueco de nuestra ignorancia.

emilio silvera

[?]