Caminando hacia el saber del “mundo”

Confinados en nuestro pequeño planeta, sin poder escapar hacia el Espacio profundo, donde residen otras estrellas y otros mundos, hemos sido capaces de llegar, en el “universo” de lo muy pequeño, hasta las entrañas de la materia utilizando para ello grandes aceleradores y microscopios electrónicos. Hemos inventado lo que llamamos Mecánica cuántica para describir ese fantástico lugar en el que residen los objetos más pequeños invisibles al ojo desnudo, ¡las partículas elementales! (unas más elementales que otras). Ahora sabemos de sus interacciones y de las fuerzas de la naturaleza.

Estas máquinas “monstruosas” empleando inmensas energías han podido llegar hasta el mismo corazón de la materia para refrendar lo que ya sospechábamos: Que en ese profundo y extraño lugar en el que “viven” los objetos más pequeños del Universo, hemos encontrado fantásticas respuestas a preguntas planteadas que, hasta entonces, nadie sabía contestar. Muchas de esas respuestas fueron imaginadas por los físicos teóricos y, más tarde, refrendadas por la avanzada tecnología de la que ahora podemos disponer.

Unas pocas “familias” de partículas que se combinan para conformar los átomos, éstos las moléculas y, a su vez, las moléculas se juntan para conformar objetos. Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

Quarks, Leptones y Bosones, esas son las tres familias que hacen posible que nuestro Universo sea el que podemos observar. Los Quarks y los Leptones son Fermiones sometidos al Principio de exclusión de Pauli, es decir, no “quieren” estar juntos, mientras que los Bosones se pueden juntar sin el menor problema.

En el Modelo estándar de partículas y fuerzas, todo queda bien explicado y cada familia de Quarks, Leptónica o Bosónica, tiene su función bien determinada, unas forman átomos y otras son emisarias de las fuerzas fundamentales.

En la física de partículas los Quarks son fermiones elementales masivos que interactúan fuertemente formando la materia nuclear y cierto tipo de partículas llamadas hadrones. Junto con los Leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia bariónica (la que emite radiación y genera fuerza gravitatoria). Varias especies de Quarks se combinan en tripletes para formar bariones, las part´ñiculas subatómicas llamadas protones y los neutrones, otros, Quark y anti.Quark forman los hadrones denominados mesones.

En el pequeño núcleo (que contiene el 99% de la materia del átomo, se producen extrañas actividades: La fuerza nuclear fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales que el modelo estándar de la física de partículas establece para explicar las fuerzas entre las partículas conocidas. Esta fuerza es la responsable de mantener unidos a los nucleones (protones y neutrones) que coexisten en el núcleo atómico, …. La fuerza que hace que los constituyentes del núcleo de un átomo estén unidas y, para conseguirlo mantiene confinados a los Quarks. Esta fuerza funciona como un muelle de acero, al contrario de las otras fuerzas, cuando más se alejan los Quarks más potente es, es decir, aumenta con la distancia. El muelle cuantro más se estira más resistencia opone.

“Los quarks forman hadrones, que pueden ser bariones o mesones. Los bariones son partículas formadas por tres quarks de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Los mesones están formados por un quark y un antiquark de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Salvo el quark top (cuya vida media es demasiado corta para hadronizarse), todos los quarks pueden formar parte de los hadrones. LHCb es el detector de partículas del LHC especializado en los hadrones formados por quarks b (bottom o beauty) de valencia.”

En el Modelo estándar de partículas elementales, se han podido incluir a tres de las cuatro fuerzas fundamentales del Universo: las nucleares fuerte y débil y el electromagnetismo. La Gravedad se resiste a juntarse con las otras fuerzas y, los físicos, buscan desaforadamente una teoría cuántica de la Gravedad que reúna a las cuatro fuerzas.

“Ocho décadas han pasado desde que los físicos se dieron cuenta de que las teorías de la mecánica cuántica y la gravedad no encajaban entre sí, y el misterio de cómo combinarlas sigue sin resolverse. En las últimas décadas, los investigadores han trabajado en el problema en dos vertientes distintas — la teoría de cuerdas, y la gravedad cuántica de bucles — que se consideran incompatibles por aquellos que las estudian. Pero ahora, algunos científicos defienden que unir fuerzas es la forma de avanzar.”

Las dos principales candidatas a una “teoría del todo”, que durante mucho tiempo se pensó que eran incompatibles, podrían ser las dos caras de la misma moneda.

                          ¿Dentro de la Teoría de cuerdas, subyace una teoría cuántica de la Gravedad?

“Entre los intentos de unificar la teoría cuántica y la gravedad, la teoría de cuerdas es la que ha atraído más atención. Su premisa es simple: todo está hecho de minúsculas cuerdas. Las cuerdas pueden ser cerradas o tener los extremos abiertos; pueden vibrar, estirarse, unirse o dividirse. Y en esta variedad de presentaciones yacen las explicaciones de todos los fenómenos que observamos, incluidos la materia y el espacio.”

Es posible que, en estas teorías de más dimensiones, la Gravedad tenga “sitio” para poder situarse y convivir, cómodamente, con las otras fuerzas a las que, no sólo no rechaza, sino que puede estar con ellas muy a gusto. Eso parece que nos quiere decir el hecho fantástico de que, cuando los físicos trabajan con las ecuaciones de la Teoría de cuerdas, como por arte de magia y sin que nadie las llame… ¡Allí aparecen las ecuaciones de campo de la Relatividad General del viejo Einstein!

“La cronología del Big Bang describe los eventos que han ocurrido y ocurrirán de acuerdo con dicha teoría.​ Las observaciones sugieren que el universo como lo conocemos empezó hace aproximadamente 13.810 millones de años. Desde entonces, la evolución del universo ha pasado por tres fases: el Universo muy primigenio, el Universo primigenio y la formación de estructuras.

El Universo muy primigenio, que sigue siendo comprendido pobremente, fue la fracción de segundo durante la cual el universo estaba tan caliente que las partículas tenían una energía muy alta. Conseguir este estado actualmente sólo es posible en la Tierra con un acelerador de partículas. Mientras las características básicas de esta época han sido resueltas con la teoría del Big Bang, los detalles están ampliamente basados en conjeturas.

Después de la formación de partículas y de la liberación de los fotones, se formaron las primeras estrellas, más tarde, se conformaron en galaxias y ahí, la dinámica del Universo desarrolló la constitución de todos los objetos que hoy conocemos, desde los mundos, las grandes nebulosas surgidas de las explosiones supernovas, y las estrellas de neutrones o los agujeros negros.

Siguiendo estas fases, en el Universo primigenio, la evolución del Universo procedió de acuerdo con la conocida física de alta energía. Fue entonces cuando se formaron los primeros protones, neutrones y electrones, después los núcleos y finalmente los átomos.

Con la formación de hidrógeno neutro, se emitió el fondo cósmico de microondas. Finalmente, la época de las formaciones estructurales que comenzó cuando la materia empezó a agregarse en las primeras estrellas y quásars y por último se formaron las galaxias, las agrupaciones de galaxias y los supercúmulos (aunque nadie sabe explicar, como se formaron las galaxias a pesar de la expansión de Hubble). El futuro del Universo no es firmemente conocido.”

Y, el comienzo, lo hemos podido construir a base de muchas conjeturas que, dicho sea de paso, no todas están confirmadas.

emilio silvera

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