¿Universo Estacionario? ¿Y, los elementos?

El Cráneo de Marte en el Cráter Gusev

Por muchas razones, el planeta vecino llamó siempre la atención de los pobladores de la Tierra y, con sus “canales” y su misterioso color rojo, despert´ço nuestra curiosidad y nos llevó a querer saber más de lo que allí pasaba. Algunas de las imágenes que pudimos obtener nos hizo -en ocasiones- pensar en una posible antigua civilización marciana.

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.

“Aquí se ven los casquetes glaciares polares de Marte. El casquete glaciar en el Polo Norte se ve a la izquierda de la imagen. El casquete glaciar en el poste del sur se ve en la parte inferior de la imagen. Ambas imágenes fueron obtenidas fueron tomados por el telescopio espacial de Hubble.”

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.

                                     Algunas de las imágenes tomadas hicieron pensar en ciudades

La superficie de Marte es basalto volcánico con un alto contenido en hierro y, su oxidación, es la responsable de su color característico rojo oxido. El accidente oscuro más prominente, Syrtis Major, dirigida hacia el Este con una inclinación menor que 1º. Existen muchas áreas de dunas de arena rodeando las más grandes los casquetes polares y constituyendo los mayores campos de dunas del Sistema Solar.

Imágenes de la NASA muestran “sombras de árboles” sobre la superficie de las dunas en Marte, que en realidad y según explicaron los expertos,  son caminos de arena y extrañas formaciones ebidas a la especial conformación del terreno y de las tormentas de arena que allí son frecuentes.

Hace ya bastantes años que en la NASA tuvo lugar una reunión a la que asistieron algunos personajes conocidos como el recien fallecido Neil Armstrong, Homer Newel, Arthur Clarke y Wernher von Braun entre otros.  El motivo de tal cita no era otro que comentar sobre la posibilidad de ir a Marte e instalar allí una pequeña Colonia Humana que sirviera como punta de lanza para posteriores viajes.

Se habían estudiado las posibilidades y, tal proyecto podía ser posible si se tomaban las precauciones necesarias y se podía disponer de todo aquello que los colonos, en un primer momento pudieran necesitar. El doctor Von Braun proponía que una colonia residente en la Luna o Marte podría obtener oxigeno a partir de la trituración de las rocas y, como las rocas disponen de grandes cantidades de oxígeno, hasta el punto de que significan -más o menos- la mitad de su peso  (de hecho, la mitad de la masa de todo el mundo es oxígeno). Claro que, el oxígeno existente en las rocas no se encuentra en condiciones de ser respirado porque se halla estrechamente encadenado a otros elementos que componen las rocas.

Después de haber obtenido el oxígeno, continuó Von Braun, se puede haber transportado hidrógeno líquido desde la Tierra y combinarlos para obtener agua. La mayoría del peso del agua reside en los átomos de oxígeno que contiene. Por ejemplo, en un kilogramo de agua, los átomos de hidrógeno pesan únicamente doscientos cincuenta gramos. Transportar material desde la Tierra hasta la Luna resulta muy caro y, no digamos hasta Marte -alrededor de unos cien mil dolores el kilogramo de peso-, y teniendo in situ el oxígeno, el agua sería mucho más asequible hasta que, se pudiera extraer de la que hay en el mismo planeta.

La Agencia espacial china ha probado con éxito una cabina de 300 metros cúbicos que permitirá cultivar vegetales fuera de nuestro planeta, particularmente en Marte o la Luna. El propósito más ambicioso de la exploración espacial será, siempre, el posible asentamiento del ser humano en un planeta distinto a la Tierra, búsqueda que ha requerido de cientos de investigaciones para cubrir tantas o más necesidades asociadas con nuestra supervivencia diaria.

Como hemos dicho antes, transportar los materiales necesarios para instalar una colonia en aquel planeta sería de un coste enorme y, una vez allí, tampoco sería nada fácil construir los módulos necesarios para el cobijo de los viajeros y de sus instalaciones de supervivencia que requeriría de unas mínimas condiciones para la supervivencia.

En aquella reunión se habló de enviar dos naves, cada una de ellas transportaría una tripulación de seis personas -tres hombres y tres mujeres- entre las que al menos una, sería un médico y el resto experto en distintas ramas que serían necesarias para obtener de lo que allí encontrarían el mayor rendimiento posible. Las naves viajarían por el sistema de las nodrizas, es decir, cada una de ellas llevaría provisiones para doce personas, y si una quedaba inutilizada, su tripulación pasaría a la otra.

Cada nave tendría algo más de sesenta metros de longitud y su peso sobrepasaría las seiscientas toneladas, de las que más de las dos terceras partes, sería el combustible necesario para el viaje. Posteriormente, se establecería en Fobos el instrumental necesario para producir allí combustible que posibilitaría la vuelta en su momento de una de las naves, mientras que la otra, quedaría en el planeta como primer gran módulo-vivienda con sus compartimentos para producir vegetales, agua y otros materiales precisos para la supervivencia de los viajeros astronáutas colonos.

Todas aquellas elucubraciones que los mencionados personajes hicieron en la reunión, no eran más que eso, elucubraciones y, en la realidad, ir al planeta Marte: “requiere nada más y nada menos que el ensamblaje de una nave de unas 4500 toneladas. O lo que es lo mismo, el equivalente a doce estaciones del tamaño de la ISS o 37 lanzamientos del cohete gigante Saturno V. ¿Cómo es esto posible? La explicación a este misterio la tenemos que encontrar en la despiadada Ecuación de Tsiolkovski , también conocida como la Ecuación del Cohete. Según las rígidas leyes de la física, un ligero aumento en la carga útil de una nave espacial requiere un aumento enorme en la masa inicial. ¿Por qué? Pues porque para lanzar esa carga extra es necesario transportar más combustible, lo que a su vez aumenta la masa inicial del vehículo haciendo necesario usar aún más combustible al lanzamiento.”

         ¿Una nave tripulada a Marte?… De momento, ¡NO!

“Esto está muy bien, pero, ¿por qué una nave marciana debe ser tan grande? La razón es que a la Ecuación del Cohete debemos añadir otro factor que complica el poder viajar a otros planetas: la profundidad del pozo gravitatorio de la Tierra. Abandonar la gravedad terrestre es realmente difícil. Aunque parezca contra-intuitivo, una nave situada en órbita baja a unos pocos cientos de kilómetros de altura ya ha recorrido el 73% del camino a otros planetas en términos energéticos. Efectivamente, para poner un objeto en órbita terrestre debemos acelerar hasta los 8 km/s, pero para abandonar la Tierra sólo necesitamos alcanzar los 11 km/s. El problema es que esa misma nave debe frenar para entrar en órbita marciana y luego tiene que aterrizar en la superficie del planeta rojo. Y, por supuesto, posteriormente tenemos que volver a la Tierra, para lo cual debemos llevar el combustible necesario para todas estas maniobras. Si recordamos el principio de la Ecuación del Cohete, entenderemos ahora por qué necesitamos una nave de 4000 toneladas para alcanzar el planeta rojo.”

Para cuando esa imagen de arriba sea posible, tienen que haber pasado mucho, muchos, muchos años durante los cuales nuestra tecnología actual estuviera a un nivel tan alto que nos permitiera construir navez de miles de toneladas en una base en la Luna y disponer de nuevos combustibles sólidos que no hicieran necesaria la ocupación de la mayor parte del volumen de la nave para transportarlo. Que ese nuevo combustible fuera de tal manera y calidad que, con un trozo como una piedra de 5 kilos, se pudiera extraer energía para realizar el viaje y suministrar caloría, alumbrado y demás necesidades energéticas para todo el viaje y llevar una buena remesa para cubrir las necesidades futuras en el planeta.

Mientras que en los primeros años, la colonia se agrandaba más y más para dar cabida a instalaciones y personal obrero y científico, se irían preparando las condiciones necesarias para poder terraformar aquel planeta que, con una atmósfera adecuada podría volver a ser un mundo habitable sin instalaciones artificiales de tan alto costo, no ya sólo en materiales, sino también en algunas vidas que, en estos proyectos siempre suelen perderse dada las dificultades que entrañan tan complejas misiones.

Se han ideado muchas maneras de cultivar plantas en el espacio haciendo pruebas en recintos artificiales preparados para ello y, los resultados, han sido óptimos siendo posible llevar a la práctica dichas instalaciones en un futuro próximo. Tenemos que pensar que, los viajeros-colonos no se pueden alimentar sólo con pasta metidas en tubos ni con pastillas de vitaminas. Además, en las instalaciones, se deben crear las condiciones de gravedad artificial para poder sobrevivir durante largos períodos en aquel planeta y, no digamos de los materiales que harían falta que tendrían que poseer una tecnología tan avanzada que no permitiera dejar pasar la radiación al interior.

Por primera vez alguien ha hecho algunos números serios sobre la descabellada misión Mars One de llevar a cuatro astronautas a Marte en 2023 para no volver. La escena de arriba, al menos por el momento es sólo un sueño. Poder ver humanos en el planeta Marte requiere de muchas cosas que no tenemos de entre las cuales, la más importante son los conocimientos para plantear un viaje seguro y poder construir allí una verdadera colonia segura para los viajeros a ese inhóspito mundo.

En el pasado existió una intensa actividad volcánica en Marte. Tharsis Monts es la mayor región volcánica, estando Olympus Mons situado en el Noroeste, y la vasta estructura colapsada Alba Patera, en el Norte. Juntas, estas áreas volcánicas constituyen casi el 10% de la superficie del planeta. Hoy no hay volcanes activos en Marte, aunque en el pasado produjeron llanuras de lava que se extendieron cientos de kilómetros. Por otra parte, dicha actividad volcánica del pasado, creó una gran red de galerias subterráneas por las que corría la lava y, en un hipotético viaje al planeta, algunas de ellas podrían ser aprovechadas como habitats más seguro.

Hay distribuidos cráteres de impacto a lo largo de todo Marte, aunque existe una altiplanicie casi completamente cubierta de cráteres, similar a las altiplanicies de la Luna, que cubre casi la mitad de la superficie del planeta, principalmente en el hemisferio Sur. Muchos de los cráteres de impacto más recientes, conocidos como cráteres de terraplén, tienen grandes pendientes en los bordes de su mantos de proyecciones, sugiriendo que la superficie estaba húmeda o llena de barro cuando se produjo el impacto.

Muy lejos quedan ya otros aspectos del planeta Marte que, durante décadas impactó en la imaginación de hombres como Giovanni Virginio Schiaparelli, Percival Lowell y Willian Henry Pickering que, a finales del siglo XIX y principio del XX, insistían en despejar las dudas sobre si existían realmente los Canales que hicieron famosos estos personajes de leyenda. Más tarde, hace más de veinticinco años algo curioso sucedió en las cercanías del planeta Marte. La nave Vikingo 1 de NASA se encontraba volando alrededor del planeta, tomando fotografías de posibles lugares para el aterrizaje de la nave hermana Vikingo 2, cuando descubrió, sobre la superficie, una figura en sombras muy semejante a una cara humana. Una cabeza enorme de unos tres kilómetros de extremo a extremo parecía estar devolviendo la mirada a la cámara desde una región del Planeta Rojo conocida como Cidonia.

Imagínense la sorpresa de los controladores de la misión en el Laboratorio de Propulsión a Chorro, cuando la cara apareció en sus consolas. Sin embargo, la sorpresa duró poco tiempo. Los científicos fácilmente concluyeron que ésta era solo otra meseta Marciana, muy común en los alrededores de Cidonia, solo que esta tenía sombras extrañas que la hacían aparecer como un Faraón Egipcio.

Pero, amigos míos, la nave Mars  Global Surveyor abrió a la ciencia un nuevo horizonte en Marte. De alguna forma, el hombre, debe abordar de nuevo desde el principio la búsqueda de la vida en aquel planeta, lleno de secretos que sólo ahora empiezan a desvelarse después de más de un siglo de trepidantes debates entre astrónomos y aficionados.

La nave encontró inequívocos signos de la presencia de agua líquida en el planeta, algo que los científicos llevaban décadas tratando de confirmar. Es conocido que el agua líquida es el principal requisito para la vida tal como la conocemos nosotros, y si en el planeta rojo existe ese preciado elixir, como se ha podido comprobar mediante las investigaciones de la NASA, las posibilidades de que Marte sea un mundo vivo siguen plenamente vigentes.

El examen de las rocas marcianas realizado por la Mars Pathfinder y su juguetón vehículo todoterreno Sojourner confirmó lo que ya tenían claro muchos expertos: el agua había pasado por allí, probablemente hace muchos millones de años, tal como revelan las huellas dejadas por gigantescas corrientes en las zonas de aterrizaje.

Estudiando el terreno en muchas de las regiones del planeta, de manera clara y precisa, se puede comprobar la presencia de agua que, al parecer, brota desde el subsuelo. Es preciso no perder de vista el carácter altamente volcánico de Marte que, hace mucho tiempo tuvo una gran actividad de importantes erupciones y, la enorme cantidad de lava que corría por inmensas zonas del planeta, entre otras cosas, debieron oradar el terreno abriendo enormes galerias subterráneas que, en la actualidad, al estar situadas en las profundidades del planeta, deben tener una temperatura mayor que en la superficie, están resguardadas de la radiación, y, si el agua corre por allí, no sería nada extraña que, colonias de bacterias, hongos y líquenes estuvieran bien asentadas a ese nivel interior. Lástima que la misión Curiosity no esté preparada para estudiar esto.

Los ingenios robotizados que hemos enviado y seguimos enviando al planeta Marte están bien para realizar alguna que otra misión. Sin embargo, lo que es buscar signos de vida pasada o presente en aquel mundo… Será cosa de los humanos cuando podamos poner los pies en el suelo de ese mundo hostíl que, con el tiempo, podríamos convertir en fértil y adecuado para instalarnos en él para cuando, los habitantes de la Tierra sean tantos miles de millones que, ni el propio planeta lo pueda soportar.

Si amigos, este sería el cambio de aquel árido planeta cuando lo podamos terraformar.”La primera tarea sería espesar la atmósfera marciana. Mucha de esa atmósfera (y del agua) se cree que se fueron congelando en las capas polares a medida que el planeta se enfriaba. Estas capas están compuestas por hielo seco (bióxido de carbono congelado) y por hielo de agua. Algo de aquella atmósfera puede estar en el permafrost debajo de la superficie. ¿Cómo podríamos hacer para evaporar las capas de hielo y comenzar a elevar la temperatura de la atmósfera?. Tanto el agua como el bióxido de carbono son gases de invernadero. Esto es, atrapan el calor de la luz solar, lo que aumentaría la temperatura superficial. Así se comenzaría un ciclo que fundiría más hielo, calentaría el planeta, e incrementaría tanto la presión del aire como la temperatura. Este proceso se volvería auto-sostenible y podría llevar a un efecto invernadero desbocado. Aún cuando aumentaría la cantidad de bióxido de carbono en la atmósfera, es un paso necesario para el incremento de la presión y de la densidad de la atmósfera.

La luz solar que cae sobre la superficie de un planeta, llega primordialmente como luz visible y ultravioleta. El planeta absorbe esta energía solar, y luego la irradia en forma de energía infrarroja hacia la atmósfera. Los gases de invernadero de la atmósfera funcionan como una capa aislante global, atrapando la radiación infrarroja e impidiendo que escape hacia el espacio.”

        Los cambios que se podrían producir en el planeta serían asombrosos

La Humanidad necesitará en el futuro disponer de nuevos habitats y, no sería mala idea que fuéramos planificando, poco a poco, la llegada de ese día que, aunque aún esté lejos en el futuro…, como todo en el universo, llegará. Si pensamos en los habitantes que tendrá la Tierra dentro de 100 años, nos daremos cuenta de que cada vez serán necesarios más recursos y, nuestro planeta, no los puede generar de manera ilimitada, llegará un momento en el que la presión humana sea tan grande que, ni la Tierra la podrá soportar.

                         A mí, todos estos escenarios me hacen imaginar…¡tantas cosas!

Hoy en día sabemos de los océanos y mares que hace muchos millones de años adornaban el planeta Marte, y, las Imágenes que de aquel planeta hemos podido captar, claramente nos hablan de las correntías de cantarinos torrentes fluviales que, corriente abajo, oradaban las superficie del planeta dejando la huella de su presencia.

Valles Marineris y otros lugares del planeta tienen las pruebas de lo que Marte, en el pasado fue. Puede ser que Lowell se equivocara sobre la existencia de unos canales construídos por la mano de seres inteligentes en aquel planeta. Él concibió “los canales” como obras de ingenieria de una civilización inteligente para transportar el agua, pero quizá no lo estuviera en lo más importante, es decir, en su convicción sobre la existencia de vida en Marte. Es algo que no sabemos aún pero que, probablemente, no tardaremos mucho en saber.

emilio silvera

Las Teorías:

Una nos habla del Cosmos y de como el espacio se curva ante la presencia de masas, la otra, nos habla de funciones de ondas, entrelazamientos cuánticos, de diminutos objetos que conforman la materia y hacen posibles los átomos y la vida.

Entre los teóricos, el casamiento de la relatividad general y la teoría cuántica es el problema central de la física moderna. A los esfuerzos teóricos que se realizan con ese propósito se les llama “supergravedad”, “súpersimetría”, “supercuerdas” “teoría M” o, en último caso, “teoría de todo o gran teoría unificada”.

Ahí tenemos unas matemáticas exóticas que ponen de punta hasta los pelos de las cejas de algunos de los mejores matemáticos del mundo (¿y Perelman? ¿Por qué nos se ha implicado?).  Hablan de 10, 11 y 26 dimensiones, siempre, todas ellas espaciales menos una que es la temporal.  Vivimos en cuatro: tres de espacio (este-oeste, norte-sur y arriba-abajo) y una temporal. No podemos, ni sabemos o no es posible instruir, en nuestro cerebro (también tridimensional), ver más dimensiones. Pero llegaron Kaluza y Klein y compactaron, en la longitud de Planck las dimensiones que no podíamos ver. ¡Problema solucionado!

La longitud de Planck (ℓ_P) u hodón (término acuñado en 1926 por Robert Lévi) es la distancia o escala de longitud por debajo de la cual se espera que el espacio deje de tener una geometría clásica. Una medida inferior previsiblemente no puede ser tratada adecuadamente en los modelos de física actuales debido a la aparición de efectos de Gravedad Cuántica.

¿Quién puede ir a la longitud de Planck para verla? A distancias comparables con la longitud de Planck, se cree que están sucediendo cosas muy curiosas que rebasan ampliamente los límites de nuestra imaginación. A diferencia de la filosofía reduccionista que propone que lo más complejo está elaborado -axiomáticamente- a partir de lo más elemental, lo que está sucediendo en la escala de Planck no parece tener nada de elemental o sencillo. Se cree que a esta escala la continuidad del espacio-tiempo en vez de ir marchando sincronizadamente al parejo con lo que vemos en el macrocosmos de hecho stá variando a grado tal que a nivel ultra-microscópico el tiempo no sólo avanza o se detiene aleatoriamente sino inclusive marcha hacia atrás, una especie de verdadera máquina del tiempo. Las limitaciones de nuestros conocimientos sobre las rarezas que puedan estar ocurriendo en esta escala en el orden de los 10^-35metros, la longitud de Planck, ha llevado a la proposición de modelos tan imaginativos y tan exóticos como la teoría de la espuma cuántica que supuestamente veríamos aún en la ausencia de materia-energía si fuésemos ampliando sucesivamente una porción del espacio-tiempo plano.

La puerta de las dimensiones más altas quedó abierta y, a los teóricos, se les regaló una herramienta maravillosa.  En el Hiperespacio, todo es posible.  Hasta el matrimonio de la relatividad general y la mecánica cuántica, allí si es posible encontrar esa soñada teoría de la Gravedad cuántica.

Así que, los teóricos, se han embarcado a la búsqueda de un objetivo audaz: buscan una teoría que describa la simplicidad primigenia que reinaba en el intenso calor del universo en sus primeros tiempos, una teoría carente de parámetros, donde estén presentes todas las respuestas.  Todo debe ser contestado a partir de una ecuación básica.

¿Dónde radica el problema?

El problema está en que la única teoría candidata no tiene conexión directa con el mundo de la observación, o no lo tiene todavía si queremos expresarnos con propiedad. La energía necesaria para ello, no la tiene ni el nuevo acelerador de partículas LHC que mencioné en páginas anteriores.

La verdad es que, la teoría que ahora tenemos, el Modelo Estándar, concuerda de manera exacta con todos los datos a bajas energías y contesta cosas sin sentido a altas energías.

¡Necesitamos algo más avanzado!

     Cada partícula tiene encomendada una misión

Se ha dicho que la función de la partícula de Higgs es la de dar masa a las demás partículas. Cuando su autor lanzó la idea al mundo, resultó además de nueva muy extraña.  El secreto de todo radica en conseguir la simplicidad: el átomo resulto ser complejo lleno de esas infinitesimales partículas electromagnéticas que bautizamos con el nombre de electrones, resultó que tenía un núcleo que contenía, a pesar de ser tan pequeño, casi toda la masa del átomo.  El núcleo, tan pequeño, estaba compuesto de otros objetos más pequeños aún, los quarks que estaban instalados en nubes de otras partículas llamadas gluones y, ahora, queremos continuar profundizando, sospechamos, que después de los quarks puede haber algo más.

Bueno, la idea nueva que surgió es que el espacio entero contiene un campo, el campo de Higgs, que impregna el vacío y es el mismo en todas partes. Es decir, que si miramos a las estrellas en una noche clara estamos mirando el campo de Higgs.  Las partículas influidas por este campo, toman masa.  Esto no es por sí mismo destacable, pues las partículas pueden tomar energía de los campos (gauge) de los que hemos comentado, del campo gravitatorio o del electromagnético.  Si llevamos un bloque de plomo a lo alto de la Torre Eiffel, el bloque adquiriría energía potencial a causa de la alteración de su posición en el campo gravitatorio de la Tierra.

Cuando los físicos hablan de la belleza de algunas ecuaciones, se refieren a las que, como ésta, dicen mucho con muy pocos caracteres. De hecho, puede que ésta sea la ecuación más famosa conocida en nuestro mundo.

Como E=mc², ese aumento de la energía potencial equivale a un aumento de la masa, en este caso la masa del Sistema Tierra-bloque de plomo.  Aquí hemos de añadirle amablemente un poco de complejidad a la venerable ecuación de Einstein.  La masa, m, tiene en realidad dos partes.  Una es la masa en reposo, m₀, la que se mide en el laboratorio cuando la partícula está en reposo.  La partícula adquiere la otra parte de la masa en virtud de su movimiento (como los protones en el acelerador de partículas, o los muones, que aumentan varias veces su masa cuando son lanzados a velocidades cercanas a c) o en virtud de su energía potencial de campo. Vemos una dinámica similar en los núcleos atómicos.  Por ejemplo, si separamos el protón y el neutrón que componen un núcleo de deuterio, la suma de las masas aumenta.

Pero la energía potencial tomada del campo de Higgs difiere en varios aspectos de la acción de los campos familiares. La masa tomada de Higgs es en realidad masa en reposo. De hecho, en la que quizá sea la versión más apasionante de la teoría del campo de Higgs, éste genera toda la masa en reposo.  Otra diferencia es que la cantidad de masa que se traga del campo es distinta para las distintas partículas.

Los teóricos dicen que las masas de las partículas de nuestro modelo estándar miden con qué intensidad se acoplan éstas al campo de Higgs.

La influencia de Higgs en las masas de los quarks y de los leptones, nos recuerda el descubrimiento por Pieter Zeeman, en 1.896, de la división de los niveles de energía de un electrón cuando se aplica un campo magnético al átomo.  El campo (que representa metafóricamente el papel de Higgs) rompe la simetría del espacio de la que el electrón disfrutaba.

Hasta hace bien poco no teniamos ni idea de que reglas controlan los incrementos de masa generados por el Higgs (de ahí la expectación creada por el nuevo acelerador de partículas LHC cuando la buscaba). Pero el problema es irritante: ¿por qué sólo esas masas -Las masas de los W⁺, W^–, y Z^º, y el up, el down, el encanto, el extraño, el top y el bottom, así como los leptones – que no forman ningún patrón obvio?

Las masas van de la del electrón 0’0005 GeV, a la del top, que tiene que ser mayor que 91 GeV.  Deberíamos recordar que esta extraña idea (el Higgs) se empleó con mucho éxito para formular la teoría electrodébil (Weinberg-salam).  Allí se propuso el campo de Higgs como una forma de ocultar la unidad de las fuerzas electromagnéticas y débiles.  En la unidad hay cuatro partículas mensajeras sin masa -los W⁺, W^–, Z^º y fotón que llevan la fuerza electrodébil.  Además está el campo de Higgs, y, rápidamente, los W y Z chupan la esencia de Higgs y se hacen pesados; el fotón permanece intacto. La fuerza electrodébilse fragmenta en la débil (débil porque los mensajeros son muy gordos) y la electromagnética, cuyas propiedades determina el fotón, carente de masa.  La simetría se rompe espontáneamente, dicen los teóricos.  Prefiero la descripción según la cual el Higgs oculta la simetría con su poder dador de masa.

Las masas de los W y el Z se predijeron con éxito a partir de los parámetros de la teoría electrodébil. Y las relajadas sonrisas de los físicos teóricos nos recuerdan que Gerard ^t Hooft y Veltman dejaron sentado que la teoría entera esta libre de infinitos.

Pero, encierra tantos misterios la materia que, a veces me hace pensar en que la podríamos denominar de cualuquier manera menos de inerte ¡Parece que la materia está viva!

Son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas.

El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o antineutrón), y, por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega lentos, que significa “delgado”).

Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Josepth John Thomson (1856-1940), el problema de su estructura, si la hay, no está resuelto.  Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9,1093897 (54) x 10^-31 Kg la primera y, 1,602 177 33 (49) x 10^-19 culombios, la segunda, y también su radio clásico: r₀ = e²/mc² = 2’82 x 10^-13 m. No se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos cursiva que el electrón (o positrón) y que lleve  una carga eléctrica, sea lo que fuese (sabemos como actúa y cómo medir sus propiedades, pero aun no sabemos qué es), tenga asociada un mínimo de masa, y que esta es la que se muestra en el electrón.

Lo cierto es que, el electrón, es una maravilla en sí mismo.  El Universo no sería como lo conocemos si el electrón (esa cosita “insignificante”), fuese distinto a como es, bastaría un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudiéramos estar aquí ahora.

              ¡No por pequeño, se es insignificante!

Recordémoslo, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

En realidad, existen partículas que no tienen en absoluto asociada en ellas ninguna masa (es decir, ninguna masa en reposo).  Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnéticas se comportan como partículas (Einstein en su efecto fotoeléctrico y De Broglie en la difracción de electrones*.

Esta manifestación en forma de partículas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda se denomina fotón, de la palabra griega que significa “luz”.

El fotón tiene una masa de 1, una carga eléctrica de o, pero posee un espín de 1, por lo que es un bosón. ¿Cómo se puede definir lo que es el espín? Los fotones toman parte en las reacciones nucleares, pero el espín total de las partículas implicadas antes y después de la reacción deben permanecer inmutadas (conservación del espín).  La única forma que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones radica en suponer que el fotón tiene un espín de 1. El fotón no se considera un leptón, puesto que este termino se reserva para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula Tau con sus correspondientes neutrinos: V_e, V_u y V_T.

Existen razones teóricas para suponer que, cuando las masas se aceleran (como cuando se mueven en órbitas elípticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energía en forma de ondas gravitacionales.  Esas ondas pueden así mismo poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el nombre de gravitón.

La fuerza gravitatoria es mucho, mucho más débil que la fuerza electromagnética.  Un protón y un electrón se atraen gravitacionalmente con sólo 1/10³⁹ de la fuerza en que se atraen electromagnéticamente. El gravitón (aún sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón y, por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.

De todos modos, el físico norteamericano Joseph Weber emprendió en 1.957 la formidable tarea de detectar el gravitón.  Llegó a emplear un par de cilindros de aluminio de 153 cm. De longitud y 66 de anchura, suspendidos de un cable en una cámara de vacío.  Los gravitones (que serían detectados en forma de ondas), desplazarían levemente esos cilindros, y se empleó un sistema para detectar el desplazamiento que llegare a captar la cienmillonésima parte de un centímetro.

Han llevado años captarlas, las ondas gravitatorias llevadas por el gravitón son débiles

Las débiles ondas de los gravitones, que producen del espacio profundo, deberían chocar contra todo el planeta, y los cilindros separados por grandes distancias se verán afectados de forma simultánea.  En 1.969, Weber anunció haber detectado los efectos de las ondas gravitatorias.  Aquello produjo una enorme excitación, puesto que apoyaba una teoría particularmente importante (la teoría de Einstein de la relatividad general).  Desgraciadamente, nunca se pudo comprobar mediante las pruebas realizadas por otros equipos de científicos que duplicaran el hallazgo de Weber.

De todas formas, no creo que, a estas alturas, nadie pueda dudar de la existencia de los gravitones, el bosón mediador de la fuerza gravitatoria.  La masa del gravitón es o, su carga es o, y su espín de 2.  Como el fotón, no tiene antipartícula, ellos mismos hacen las dos versiones.

Tenemos que volver a los que posiblemente son los objetos más misteriosos de nuestro Universo: Los agujeros negros.  Si estos objetos son lo que se dice (no parece que se pueda objetar nada en contrario), seguramente serán ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravitón.

La onda gravitacional emitida por el agujero negro produce una ondulación en la curvatura del espacio-temporal que viaja a la velocidad de la luz transportada por los gravitones.

Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transporta de este mundo material nuestro a otro fascinante donde residen las maravillas del Universo.  Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler,  es la escala de longitud por debajo de la cual el espacio tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica.  El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10^-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61×10^-66cm²) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro.

Me llama poderosamente la atención lo que conocemos como las fluctuaciones de vacío, esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo (electromagnético o gravitatorio), que son debidas a un tira y afloja en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada momentáneamente energía de regiones adyacentes y luego la devuelven.

Ordinariamente, definimos el vacío como el espacio en el que hay una baja presión de un gas, es decir, relativamente pocos átomos o moléculas.  En ese sentido, un vacío perfecto no contendría ningún átomo o molécula, pero no se puede obtener, ya que todos los materiales que rodean ese espacio tienen una presión de vapor finita.  En un bajo vacío, la presión se reduce hasta 10^-2 pascales, mientras que un alto vacío tiene una presión de 10^-2-10^-7 pascales.  Por debajo de 10^-7 pascales se conoce como un vacío ultraalto.

No puedo dejar de referirme al vaciotheta (vació θ) que, es el estado de vacío de un campo gauge no abeliano (en ausencia de campos fermiónicos y campos de Higgs).

El vacío theta es el punto de partida para comprender el estado de vacío de las teoría gauge fuertemente interaccionantes, como la cromodinámica cuántica. En el vacío theta hay un número infinito de estados degenerados con efecto túnel entre estos estados.  Esto significa que el vacío theta es análogo a una fundón de Bloch* en un cristal.

Se puede derivar tanto como un resultado general o bien usando técnicas de instantón.  Cuando hay un fermión sin masa, el efecto túnel entre estados queda completamente suprimido.

Cuando hay campos fermiónicos con masa pequeña, el efecto túnel es mucho menor que para campos gauge puros, pero no está completamente suprimido.

Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar.  Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos pero que tampoco sabemos, en realidad, a que son debidos.  Si, sabemos ponerles etiquetas como, por ejemplo, la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio y, con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transuránidos.

A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta.  En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más importante de ruptura, sobre pasando a la emisión de partículas alfa.

emilio silvera