Un equipo de científicos ha diseñado un test para descubrir si el universo primitivo poseía una sola dimensión espacial. Este concepto alucinante es el núcleo de una teoría que el físico de la Universidad de Buffalo, Dejan Stojkovic y sus colegas proponen y que sugiere que el Universo primitivo tuvo solo una dimensión antes de expandirse e incluir el resto de dimensiones que vemos en el mundo actualmente. De ser válida, la teoría abordaría los problemas importantes de la física de partículas. Han descrito una prueba que puede ratificar o refutar la hipótesis de la “fuga de dimensiones”.

¿Que serán, estos extraños cuerpos. Lo llaman Objeto de Hanny es una extraña y brillante nube de gas verde que ha intrigado a los astrónomos desde que se descubrió en 2007. La nube destaca cerca de una galaxia espiral porque un cuásar (un agujero negro supermasivo) en su núcleo la ha iluminado como si fuera un foco. Ahora está siendo estudiada con mucho más detalle gracias a las imágenes tomadas por el telescopio Hubble, que se han presentado en Seattle (EE UU).

Considerado uno de los objetos más extraños de los muchísimos observados en el espacio, en Hanny’s Voorwerp (en holandés), que tiene el tamaño de la Vía Láctea, el Hubbleha descubierto delicados filamentos de gas y un grupo de cúmulos de jóvenes estrellas. El color verde de la nube se debe al oxígeno ionizado.

Su descubridora, Hanny van Arkel, explicó en sublog que está encantada de asistir a la reunión de la Sociedad Americana de Astronomía , donde se han presentado las nueva imágenes, y en general, de haber entrado en contacto con el mundo de la astronomía. Ella es una profesora que descubrió la estructura celeste en 2007 mediante el proyecto Galaxy Zoo, que estimula la participación de no especialistas para que ayuden a clasificar las más de un millón de galaxias catalogadas en el Sloan Digital Sky Survey y las captadas por el propio Hubbleen sus imágenes de campo profundo.

Nuestro vecina del Grupo Local

Un astrónomo persa, al-Sufi, ha sido reconocido como el primero en describir el débil fragmento de luz en la constelación Andrómeda que sabemos ahora que es una galaxia compañera de la nuestra. En 1780, el astrónomo francés Charles Messier publicó una lista de objetos no estelares que incluía 32 objetos que son, en realidad, galaxias. Estas galaxias se identifican ahora por sus números Messier (M); la galaxia Andrómeda, por ejemplo, se conoce entre los astrónomos como M31.

En la primera parte del siglo XIX, miles de galaxias fueron identificadas y catalogadas por William y Caroline Herschel, y John Herschel. Desde 1900, se han descubierto en exploraciones fotográficas gran cantidad de galaxias. Éstas, a enormes distancias de la Tierra, aparecen tan diminutas en una fotografía que resulta muy difícil distinguirlas de las estrellas. La mayor galaxia conocida tiene aproximadamente trece veces más estrellas que la Vía Láctea.

Plutón fue descubierto a raíz de una búsqueda telescópica iniciada en 1905 por el astrónomo estadounidense Percival Lowell, quien supuso la existencia de un planeta situado más allá de Neptuno como el causante de ligeras perturbaciones en los movimientos de Urano.

El camino que condujo a su descubrimiento se atribuye a Percival Lowell quien fundó el Observatorio Lowell en Flagstaff, Arizona y patrocinó tres búsquedas separadas del “Planeta X”, del que por cierto, aquí hemos hablado en alguna otra ocasión.

En 1912 el astrónomo estadounidense Vesto M. Slipher, trabajando en el Observatorio Lowell de Arizona (EEUU), descubrió que las líneas espectrales de todas las galaxias se habían desplazado hacia la región espectral roja. Su compatriota Edwin Hubble interpretó esto como una evidencia de que todas las galaxias se alejaban unas de otras y llegó a la conclusión de que el Universo se expandía. No se sabe si continuará expandiéndose o si contiene materia suficiente para frenar la expansión de las galaxias, de forma que éstas, finalmente, se junten de nuevo, parece que ésto último no sucederá nunca. La materia del Universo pararece estar aproximadamente en la tasa del la Densidad Crítica.

El telescopio espacial Hubble enfocó regiones del espacio aparentemente vacías y negras, y después de muchos días de exposición obtuvo unas bellísimas fotos de galaxias muy lejanas, entre las cuales se distinguen unas cuantas pequeñas galaxias rojas, color que deben a un corrimiento al rojo tan elevado que se calcula por la ley de Hubble que su luz fue emitida hace unos 13000 millones de años. (foto recortada de foto cortesía de la NASA).

 

La galaxia se está acercando a nosotros a unos 300 kilómetros por segundo, y se cree que estará aquí aproximadamente en 3.000 millones de años cuando podría colisionar con la nuestra y fusionarse ambas formando una galaxia elíptica gigante. Claro que, no se está de acuerdo con la velocidad a la que Andrómeda, se acerca a nosotros. Según ésta nota, podría llegar cuando nuestro Sol, esté en la agonía de su final para convertirse en gigante Roja primero y enana Blanca después.

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Otra manera de mirar el universo nos da nuevas ideas, no todo el espacio son agujeros negros, estrellas de neutrones, galaxias y desconocidos planetas; la verdad es que casi todo el universo está vacío y sólo en algunas regiones tiene agrupaciones de materia en forma de estrellas y otros objetos estelares y cosmológicos; muchas de sus propiedades y características más sorprendentes (su inmenso tamaño y su enorme edad, la soledad y oscuridad del espacio) son condiciones necesarias para que existan observadores inteligentes como nosotros.

Unas formas de vida podrán tener alguna similitud con la nuestra y otras, ser totalmente diferentes, incluso algunas, pueden estar junto a nosotros y no sabremos o no podremos verlas. ¿Quién sabe lo que habrá ahí fuera?

No debería sorprendernos la vida extraterrestre; si existe, pudiera ser tan rara y lejana para nosotros como en realidad nos ocurre aquí mismo en la Tierra, donde compartimos hábitat con otros seres vivos con los que hemos sido incapaces de comunicarnos, a pesar de que esas formas de vida, como la nuestra, están basadas también en el carbono. No se puede descartar formas de vida inteligente basadas en otros elementos, como por ejemplo, el silicio.

La baja densidad media de materia en el universo significa que si agregáramos material en estrellas o galaxias, deberíamos esperar que las distancias medias entre objetos fueran enormes.

Dirigidos por Istvan Szapudi, los expertos encontraron que en una enorme región la densidad galáctica es mucho más baja que lo habitual en el universo …

El cuadro expresa la densidad de materia del universo de varias maneras diferentes que muestran el alejamiento que cabría esperar entre los planetas, estrellas y galaxias. No debería sorprendernos que encontrar vida extraterrestre sea tan raro.

El filósofo existencialista Kart Jaspers se sintió provocado por los escritos de Eddington a considerar el significado de nuestra existencia en un lugar particular en una época particular de la historia cósmica.

En su influyente libro “Origen y meta de la historia”, escrito en 1.949, poco después de la muerte de Eddington, pregunta:

“¿Por qué vivimos y desarrollamos nuestra historia en este punto concreto del espacio infinito, en un minúsculo grano de polvo en el universo, un rincón marginal? ¿Por qué precisamente ahora en el tiempo infinito? Estas son cuestiones cuya insolubilidad nos hace conscientes de un enigma.

El hecho fundamental de nuestra existencia es que parecemos estar aislados en el cosmos. Somos los únicos seres racionales capaces de expresarse en el silencio del universo. En la historia del Sistema Solar se ha dado en la Tierra, durante un periodo de tiempo infinitesimalmente corto, una situación en la que los seres humanos evolucionan y adquieren conocimientos que incluye el ser conscientes de sí mismos y de existir… Dentro del Cosmos ilimitado, en un minúsculo planeta, durante un minúsculo periodo de tiempo de unos pocos milenios, algo ha tenido lugar como si este planeta fura lo que abarca todo, lo auténtico. Este es el lugar, una mota de polvo en la inmensidad del cosmos, en el que el ser ha despertado con el hombre”.

 

Hay aquí algunas grandes hipótesis sobre el carácter único de la vida humana en el universo (creo que equivocada). En cualquier caso se plantea la pregunta, aunque no se responde, de por qué estamos aquí en el tiempo y lugar en que lo hacemos. Hemos visto que la cosmología moderna puede ofrecer algunas respuestas esclarecedoras a estas preguntas.

En mi anterior trabajo quedaron reflejadas todas las respuestas a estas preguntas. Nada sucede porque si, todo es consecuencia directa de la causalidad. Cada suceso tiene su razón de ser en función de unos hechos anteriores, de unas circunstancias, de unos fenómenos concretos que de no haberse producido, tampoco el tal suceso se habría significado, simplemente no existiría.

Con la vida en nuestro planeta, ocurrió igual. Una atmósfera primitiva evolucionada, la composición primigenia de los mares y océanos con sus compuestos, expuestos al bombardeo continuo de radiación del espacio exterior que llegaba en ausencia de la capa de ozono, la temperatura ideal en relación a la distancia del Sol a la Tierra y otra serie de circunstancias muy concretas, como la edad del Sistema Solar y los componentes con elementos complejos del planeta Tierra, hecho del material estelar evolucionado a partir de supernovas, todos estos elementos y circunstancias especiales en el espacio y en el tiempo, hicieron posible el nacimiento de esa primera célula que fue capaz de reproducirse a sí misma y que, miles de años después, hizo posible que evolucionara hasta lo que hoy es el hombre que, a partir de materia inerte, se convirtió en un ser pensante que ahora es capaz de exponer aquí mismo estas cuestiones. ¡Es verdaderamente maravilloso!

El entorno cambiante en un universo en expansión como el nuestro, a medida que se enfría y envejece (la entropía) es posible que se formen átomos, moléculas, galaxias, estrellas, planetas y organismos vivos. En el futuro, las estrellas agotaran su combustible nuclear y morirán todas. En función de sus masas serán estrellas enanas blancas (como nuestro Sol), estrellas de neutrones (a partir de 1’5 masas sobre hasta 3 masas solares) y agujeros negros a partir de 3 masas solares. Hay un recorrido de historia cósmica en el que nuestro tipo de evolución biológica debe ocurrir bajo esas circunstancias especiales a las que antes me referí.

¿El destino final?

No podemos saber cuándo, pero sí tenemos una idea muy clara de cómo será dicho final. El universo es todo lo que existe, incluyendo el espacio, el tiempo y la materia. El estudio del universo es la cosmología, que distingue entre el Universo con “U” mayúscula, significando el cosmos y su contenido, y el universo con “u” minúscula, que es normalmente un modelo matemático deducido de alguna teoría. El universo real está constituido en su mayoría por espacios aparentemente vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas y gas. El universo se está expandiendo, de manera que el espacio entre las galaxias está aumentando gradualmente, provocando un desplazamiento al rojo cosmológico en la luz procedente de los objetos distantes.*

Existe una evidencia creciente de que el espacio está o puede estar lleno de una materia invisible, “materia oscura”, que puede constituir muchas veces la masa total de las galaxias visibles (materia bariónica). Sabemos que el origen más probable del universo está en al teoría conocida como del Big Bang que, a partir de una singularidad de una densidad y energía infinita, hace ahora unos 15 mil millones de años, surgió una inmensa bola de fuego que desde entonces no ha dejado de expandirse y enfriarse.

En el proceso, nació el tiempo y el espacio, surgieron las primeros quarks que pudieron unirse para formar protones y electrones que formaron los primeros núcleos y, cuando estos núcleos fueron rodeados por los electrones, nacieron los átomos que evolucionando y juntándose hicieron posible la materia; todo ello, interaccionado por cuatro fuerzas fundamentales que, desde entonces, por la rotura de la simetría original divididas en cuatro parcelas distintas, rigen el universo. La fuerza nuclear fuerte responsable de mantener unidos los nucleones, la fuerza nuclear débil, responsable de la radiactividad natural desintegrando elementos como el uranio, el electromagnetismo que es el responsable de todos los fenómenos eléctricos y magnéticos, y la fuerza de gravedad que mantiene unidos los planetas y las galaxias.

Pero hemos llegado a saber que el universo podrá ser abierto o cerrado.  Un universo que siempre se expande y tiene una vida infinita es abierto. Esto es un universo de Friedman que postuló que el nuestro tenía una densidad menor que la densidad crítica.

El universo cerrado es el que es finito en tamaño, tiene una vida finita y en el que el espacio está curvado positivamente. Un universo de Friedman con la densidad mayor que la densidad crítica.

El universo en expansión es el que el espacio entre los objetos está aumentando continuamente. En el universo real, los objetos vecinos como los pares de galaxias próximas entre sí no se separan debido a que su atracción gravitatoria mutua supera los efectos de la expansión cosmológica (el caso de la Vía Láctea y Andrómeda). No obstante, la distancia entre dos galaxias muy separadas, o entre dos cúmulos de galaxias, aumenta con el paso del tiempo y la expansión imparable del universo.

El universo real está en función de la densidad crítica que es la densidad media de materia requerida para que la gravedad detenga la expansión del universo. Un universo con una densidad muy baja se expandirá para siempre, mientras que uno con densidad muy alta colapsara finalmente. Un universo con exactamente la densidad crítica, alrededor de 10^-29g/cm³, es descrito por el modelo de universo de Einstein-de Sitter, que se encuentra en la línea divisoria de estos dos extremos. Pero la densidad media de materia que puede ser observada directamente en nuestro universo no representa la cantidad necesaria para generar la fuerza de gravedad que se observa en la velocidad de alejamiento de las galaxias, que necesita mucha más materia que la observada para generar esta fuerza gravitatoria, lo que nos da una prueba irrefutable de que ahí fuera, en el espacio entre galaxias, está oculta esa otra materia invisible, la “materia oscura”, que nadie sabe lo que es, cómo se genera o de qué esta hecha. Así que, cuando seamos capaces de abrir esa puerta cerrada ante nuestras narices, podremos por fin saber la clase de universo que vivimos; si es plano, si es abierto e infinito, o si es un universo que, por su contenido enorme de materia es curvo y cerrado.

Pero la respuesta a la pregunta, aún sin saber exactamente cuál es la densidad crítica del universo, sí podemos contestarla en dos vertientes, en la seguridad de que al menos una de las dos es la verdadera.

El destino final será:

1. Si el universo es abierto y se expande para siempre, cada vez se hará más frió, las galaxias se alejarán las unas de las otras, la entropía hará desaparecer la energía y el frió será tal que la temperatura alcanzará el cero absoluto, -273ºK.  La vida no podrá estar presente.
2. Si el universo es cerrado por contener una mayor cantidad de materia, llegará un momento en que la fuerza de gravedad detendrá la expansión de las galaxias, que poco a poco se quedarán quietas y muy lentamente, comenzaran a moverse en el sentido inverso; correrán ahora las unas hacia las otras hasta que  un día, a miles de millones de años en el futuro, todo la materia del universo se unirá en una enorme bola de fuego, el Big Crunch. Se formará una enorme concentración de materia de energía y densidad infinitas. Habrá dejado de existir el espacio y el tiempo. Nacerá una singularidad que, seguramente, dará lugar a otro Big Bang. Todo empezará de nuevo, otro universo, otro ciclo ¿pero aparecemos también nosotros en ese nuevo universo? Al decir nosotros, como podréis comprender, me estoy refiriendo a nuestra especie.

Esta pregunta sí que no sé contestarla.

Podríamos evolucionar y convertirnos en luz, o, por el contrario, desaparecer, extinguirnos para siempre.

Así las cosas, no parece que el futuro de la Humanidad sea muy alentador. Claro que los optimistas nos hablan de hiperespacio y universos paralelos a los que, para ese tiempo, ya habremos podido desplazarnos garantizando la continuidad de la especie Humana. Bien pensado, si no fuera así ¿para qué tantas dificultades vencidas y tantas calamidades pasadas? ¿Para terminar congelados o consumidos por un fuego abrasador?

¡Quién pudiera contestar a eso!

emilio silvera

* Los objetos que se alejan, desplazan su luz hacia el rojo. Si se acercan, su luz se desplaza hacia el azul. (Efecto Doppler)

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                                                                            Satélite Gravity Probe B.

Dedicado a medir la curvatura del campo gravitatorio terrestre debido a la teoría de la relatividad de Einstein. La gravedad ha sido medida y comprobada de muchas maneras pero… ¡Gravedad cuántica! ¿Qué es eso? La imaginación anda más rápida que los conocimientos. Sin embargo, así hemos ido avanzando en el transcurrir del Tiempo.

La llamada gravedad cuántica trata de fundir en una sola las dos teorías físicas más soberbias con las que contamos, la relatividad general y la mecánica cuántica, que en el estado actual de nuestro conocimiento parecen incompatibles. Su estudio, ahora mismo, es en algunos aspectos análogo a la física de hace cien años, cuando se creía en los átomos, pero se ignoraban los detalles de su estructura.

La teoría de Kaluza-Klein fue la primera teoría del campo unificado. Intentaba conectar la teoría electromagnética de Maxwell con las teorías de Einstein sobre la relatividad asumiendo que el universo estaba basado en cinco dimensiones: una temporal y cuatro espaciales.

Desde aquel día en que Kaluza, le escribió a Einstein una carta con su teoría de las cinco dimensiones, en la que unía la Gravedad con el Electromagnetismo, la puerta de las dimensiones más altas quedó abierta y a los teóricos se les regaló una herramienta maravillosa: el hiperespacio; todo es posible. Hasta el matrimonio de la relatividad general y la mecánica cuántica, allí sí es posible encontrar esa soñada teoría de la gravedad cuántica.

Así que las teorías se han embarcado a la búsqueda de un objeto 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.

La Ecuación De La Teoría Del Todo De Stephen Hawking – Stephen Hawking

Claro que saber, lo que el universo es, leyendo una ecuación, por muy ingeniosa que ésta sea y por mucho que la misma pueda abarcar… Parece poco probable. ¿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, la máquina más potente del mundo hasta el momento.

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!

Toda teoría sobre las partículas elementales se desarrolla dentro del marco de la  teoría cuántica de campos , que incluye tanto el  modelo estándar  como la  teoría del núcleo.  Está basado en tres supuestos fundamentales:

• La validez de la mecánica cuántica.
• La validez del principio de relatividad de Einstein.
• La localidad, es decir, todas las fuerzas fundamentales surgen de procesos locales y no de la acción a distancia. Estos procesos locales incluyen la emisión y absorción de partículas.

“La comprensión de por qué las ecuaciones de la mecánica cuántica son las que son, de por qué la materia está formada por unas partículas determinadas y de por qué existe algo como la luz vino con el éxito del modelo estándar de partículas. Un requisito clave para ello fue la reconciliación en los años 40 de la Relatividad Especial con la mecánica cuántica. Ambas son prácticamente incompatibles y solo pueden coexistir en un tipo determinado de teorías. En estas teorías las fuerzas entre partículas solo pueden surgir del intercambio de otras partículas. Además todas estas partículas son cuantos de varios tipos de campos. Por ejemplo existe un campo electrónico cuyo cuanto es el electrón y el cuanto del campo electromagnético es el fotón. No existen campos para los protones y los neutrones porque estos están formados por otras partículas elementales: los  quarks , que sí tienen campos asociados.

              

Lagrangiana completa del Modelo Estándar de Partículas donde hc quiere decir hermítico conjugado.

Por eso las ecuaciones de una teoría de campos como el modelo estándar no tratan con partículas sino con campos: las partículas aparecen como manifestaciones o excitaciones de dichos campos.

El universo consta de materia compuesta de partículas elementales como los electrones y los fotones. Las partículas carecen de individualidad (cada electrón del universo es idéntico a cualquier otro y todos los fotones son intercambiables). Sin embargo, cada partícula puede ocupar uno entre un número infinito de  estados cuánticos . Hay dos grandes grupos de partículas: los  fermiones  que obedecen el  principio de exclusión de Pauli , y los  bosones , que tienen tendencia a ocupar el mismo estado al mismo tiempo.”

               

Lagrangiana de la Electrodinámica Cuántica, la teoría que describe como interacciona la luz con la materia. M es la masa del electrón, A es el potencial vector del electromagnetismo y F es el tensor electromagnético.  Los dos primeros términos corresponden a la fórmula de Dirac, el tercero es el de interacción entre el electrón y el fotón (consecuencia de la simetría gauge) y el cuarto es el de la propagación del fotón en ausencia de fuentes (onda electromagnética)

                      

                                       La formula de Dirac del electrón

A pesar de su grandeza, se queda corto para que nos pueda decir, lo que necesitamos saber:

Se ha dicho que la función de la partícula de Higgs es la de dar masa a las partículas que carecen de ella, disfrazando así la verdadera simetría del mundo. Cuando su autor lanzó la idea a la comunidad científica, resultó además de nueva, muy extraña. El secreto de todo radica en conseguir la simplicidad: el átomo resultó 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, sospechando que después de los quarks puede haber algo más.

Nos dicen que existen lugares que llaman los Océanos de Higgs, y, por ellos, circula libremente el dichoso Bosón que, también según nos dicen, proporciona la masa al resto de las partículas. Todo el Universo está permeado por esa especie de sustancia -como el viejo éter- que los griegos llamaban Ilem cósmico y que, a medida que el tiempo avanza, le vamos cambiando el nombre. Pues bien, ahí, en ese “océano” dicen que está el Bosón dador de masas.

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 otras veces, tales como: del campo gravitatorio o del electromagnético.

Si llevamos un bloque de plomo a lo alto de la Torre Eiffel, el bloque adquirirá energía potencial a causa de la alteración de su posición en el campo gravitatorio de la Tierra. 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) en los aceleradores, 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 ahora no tenemos ni idea de qué reglas controlan los incrementos de masa generados por Higgs (de ahí la expectación creada por el nuevo acelerador de partículas LHC), pero el problema es irritante: ¿por qué sólo esas masas ­­- las masas de los W⁺, W^–, Z⁰, y el up, down, encanto, extraño, top y bottom, así como los leptones – que no forman ningún patrón obvio?

Las masas van desde 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 electromagnética y débil. En la unidad hay cuatro partículas mensajeras sin masa – los W⁺, W^–, Z⁰ y el fotón – que llevan la fuerza electrodébil. Además está el campo de Higgs, y rápidamente, los W y Z absorben la esencia de Higgs y se hacen pesados; el fotón permanece intacto. La fuerza electrodébil se 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 las teorías. Prefiero la descripción según la cual el Higgs oculta la simetría con su poder dador de masa.

                                            

“¿Qué hace que el bosón de Higgs sea una partícula especial? No, no es que un editor le pusiera un título llamativo a la biografía del premio Nobel León Lederman. Tampoco lo es que encontrar esta partícula nos permita entender la condensación del campo de Higgs que llevó a que las partículas ganaran masa. Incluso en las teorías sin Higgs o con un Higgs compuesto, la condensación del campo de Higgs y el proceso de ruptura espontánea de la simetría se da igualmente y de forma muy similar (pues hay muchas pruebas indirectas de este fenómeno).

Tampoco el Higgs es una partícula especial porque sea una excitación del del campo de Higgs que nos permita explorar sus propiedades, porque en las teorías sin Higgs o con Higgs compuesto también hay excitaciones del vacío que nos permiten explorar el campo.” Eso nos dicen en el magnifico Blog de Francis (th)E mule Science’s News.

Partícula	Símbolo	Masa (en GeV/c2)	Carga eléctrica	Espín	Interacción
Fotón		0	0	1	electromagnética
Bosón W	W±	80,4	± 1	1	débil
Bosón Z	Z0	91,187	0	1	débil
Gluón	g	0	0	1	fuerte

Las masas de los W y 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 Hooft y Veltman dejaron sentado que la teoría entera está libre de infinitos.

Todos los intentos y los esfuerzos por hallar una pista de cuál era el origen de la masa fallaron. Feynman escribió su famosa pregunta: “¿por qué pesa el muon?”. Ahora, por lo menos, tenemos una respuesta parcial, en absoluto completa. Una voz potente y segura nos dice “¡Higgs!”. Durante más de sesenta años los físicos experimentadores se rompieron la cabeza con el origen de la masa, y ahora el campo de Higgs presenta el problema en un contexto nuevo; no se trata sólo del muon. Proporciona, por lo menos, una fuente común para todas las masas. La nueva pregunta feynmaniana podría ser: ¿Cómo determina el campo de Higgs la secuencia de masas, aparentemente sin patrón, que da a las partículas de la materia?

La variación de la masa con el estado de movimiento, el cambio de masa con la configuración del sistema y el que algunas partículas (el fotón seguramente, y los neutrinos posiblemente) tengan masa en reposo nula son tres hechos que ponen en entredicho que el concepto de masa sea un atributo fundamental de la materia. Habrá que recordar aquel cálculo de la masa que daba infinito y nunca pudimos resolver; los físicos sólo se deshicieron de él “re-normalizándolo”, ese truco matemático que emplean cuando no saben hacerlo bien.

                        ¿Sabremos alguna vez cómo adquieren masa las partículas?

Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas. Hace que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrínseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno.

La idea de que la masa no es intrínseca como la carga o el espín resulta aún más plausible por la idílica idea de que todos los quarks y fotones tendrían masa cero. En ese caso, obedecerían a una simetría satisfactoria, la quiral, en la que los espines estarían asociados para siempre con su dirección de movimiento. Pero ese idilio queda oculto por el fenómeno de Higgs.

Una cosa más; hemos hablado de los bosones gauge y de su espín de una unidad. Hemos comentado también las partículas fermiónicas de la materia (espín de media unidad). ¿Cuál es el pelaje de Higgs? Es un bosón de espín cero. El espín supone una direccionalidad en el espacio, pero el campo de Higgs da masa a los objetos donde quiera que estén y sin direccionalidad. Al Higgs se le llama a veces “bosón escalar” (sin dirección) por esa razón.

La interacción débil, recordaréis, fue inventada por E. Fermi para describir la desintegración radiactiva de los núcleos, que era básicamente un fenómeno de poca energía, y a medida que la teoría de Fermi se desarrolló, llegó a ser muy precisa a la hora de predecir un enorme número de procesos en el dominio de energía de los 100 MeV. Así que ahora, con las nuevas tecnologías y energías del LHC, las esperanzas son enormes para, por fin, encontrar el bosón de Higgs origen de la masa… y algunas cosas más.

Hay que responder montones de preguntas: ¿Cuáles son las propiedades de las partículas de Higgs? y, lo que es más importante, ¿Cuál es su masa? (Bueno, parece que, en el último experimento apareció se localizó un bosón con ~125 GeV que, según parece, podría ser el esquivo Hihhs) ¿Cómo reconoceremos una si nos la encontramos en una colisión del LHC? ¿Cuántos tipos hay? ¿Genera el Higgs todas las masas o sólo las hace incrementarse? ¿Cómo podemos saber más al respecto? Cómo es su partícula, nos cabe esperar que la veremos ahora después de gastar más de 50.000 millones de euros en los elementos necesarios para ello.

También a los cosmólogos les fascina la idea de Higgs, pues casi se dieron de bruces con la necesidad de tener campos escalares que participasen en el complejo proceso de la expansión del universo, añadiendo pues, un peso más a la carga que ha de soportar el Higgs.

El campo de Higgs, tal como se lo concibe ahora, se puede destruir con una energía grande, o temperaturas altas. Éstas generan fluctuaciones cuánticas que neutralizan el campo de Higgs. Por lo tanto, el cuado que las partículas y la cosmología pintan juntas de un universo primitivo puro y de resplandeciente simetría es demasiado caliente para Higgs. Pero cuando la temperatura cae bajo los 10^-5 grados Kelvin o 100 GeV, el Higgs empieza a actuar y hace su generación de masas. Así, por ejemplo, antes del Higgs teníamos unos W, Z y fotones sin masa y la fuerza electrodébil unificada.

                              No, esto no es el Higgs, es, simplemente, una burbuja multicolor

El universo se expande y se enfría, y entonces viene el Higgs (que “engorda” los W y Z, y por alguna razón ignora el fotón) y de ello resulta que la simetría electrodébil se rompe. Tenemos entonces una interacción débil, transportada por los vehículos de la fuerza W⁺, W^–, Z⁰, y por otra parte una interacción electromagnética, llevada por los fotones. Es como si para algunas partículas del campo de Higgs fuera una especie de aceite pesado a través del que se moviera con dificultad y que les hiciera parecer que tienen mucha masa.  Para otras partículas, el Higgs es como el agua, y para otras, los fotones y quizá los neutrinos, es invisible.

De todas formas, es tanta la ignorancia que tenemos sobre el origen de la masa que nos agarramos como a un clavo ardiendo, en este caso, a la partícula de Higgs, que algunos han llegado a llamar “la partícula divina”. Lo mismo nos pasa con la dichosa “materia oscura” para ocultar lo que no sabemos sobre la expansión del Universo.

¡Ya veremos en qué termina todo esto!

                                                 Sí, la imaginación es más rápida que la luz

Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, introdujo la idea en la física de partículas. La utilizaron los teóricos Steven Weinberg y Abdus Salam, que trabajaban por separado, para comprender cómo se convertía la unificada y simétrica fuerza electrodébil,

Lo cierto es que (al menos de momento), la “materia y energía oscura“, las supercuerdas, y otros, sí eran la alfonbra que decía Veltman, aquel físico serio y Premio Nobel que, no confesaba con ciertas ruedas de molino. Él, quería hablar de cosas tangibles y, tampoco le gustaban las partículas virtuales.

Sobre la idea de Peter Higgs, Veltman, uno de sus arquitectos del Modelo Estándar, dice que es una alfombra bajo la que barremos nuestra ignorancia. Glashow es menos amable y lo llamó retrete donde echamos las incoherencias de nuestras teorías actuales. La objeción principal: que no tenemos la menor prueba experimental. Ahora, por fin, la tendremos con el LHC. El modelo estándar es lo bastante fuerte para decirnos que la partícula de Higgs de menor masa (podría haber muchas) debe “pesar” menor de 1 TeV, ¿por qué?; si tiene más de 1 TeV el modelo estándar se vuelve incoherente y tenemos la crisis de la unitariedad.

Después de todo esto, llego a la conclusión de que el campo de Higgs, el modelo estándar y nuestra idea de surgió el universo dependen de que se encuentre el bosón de Higgs. Y ahora, por fin, tenemos un acelerador con la energía necesaria para que nos la muestre, y que con su potencia pueda crear para nosotros una partícula que pese nada menos que 1 TeV.

emilio silvera

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Cabo Cañaveral, 24 de julio de 1950. Ese día, el Ejército de Estados Unidos lanzó el primer cohete desde el hoy archi-famoso complejo militar situado en el estado de Florida: el BUMPER II

Mirando la escena que las imágenes de arriba nos presentan, nos resultan algo antiguas y pasadas de moda si la comparamos con los vuelos que en el presente se programan y los ingenios espaciales que las modernas tecnologías nos permiten enviar al espacio exterior a la búsqueda de otros mundos que, aunque en nuestro propio Sistema solar, debemos conocer para saber, qué nos puede esperar en regiones más lejanas que, algún día en el futuro, tendremos que visitar buscando cobijo a una Humanidad que no tendrá bastante con el pequeño mundo que ahora ocupa.

Aquello fue todo un acontecimiento, una nueva era de los viajes espaciales que comenzó en aquel mes de Julio de 1950 ¡El primer cohete lanzado desde Cabo Cañaveral, Florida: el Bumper II. Como una prueba o investigación para probar los sistemas y, al mismo tiempo, investigar la atmósfera superior de la Tierra con sensores especiales que medían las distintas características de la alta atmósfera así como los impactos de los rayos cósmicos. Hasta pasados siete años, la Unión Soviética no lanzó el Sputnik I y II,  los primeros satélites que orbitaron la Tierra.

                                      ^{El primer vuelo del Columbia – Imagen cortesía Wikipedia}

El 12 de abril de 1981, despegaba la lanzadera espacial Columbia,  la primera nave espacial reutilizable. La lanzadera espacial Columbia se entregó a la NASA el 25 de marzo de 1979. Tras su primer vuelo operativo, se mantuvo en servicio hasta el 1 de febrero de 2003; ese día, durante la reentrada en la atmósfera, la nave se desintegró causando la muerte de sus siete tripulantes.

Aquel Proyecto sobrepasó a la NASA que se vio sometida a enormes presiones para mantener el proyecto de lanzamientos de las lanzaderas que, como todos conocemos ahora, fue apresurado a pesar de las muchas dificultades técnicas. Estas circunstancias estarían en la base del accidente del Challenger que nos sobrecogió a todos.

Está claro que la imagren de arriba nos producía otra impresión, nos transmite poderío y seguridad. Sin embargo, tampoco el sistema fue el idóneo para lo que buscamos, lo que queremos, lo que necesitamos pero, pensar en viajes espaciales tripulados… ¡No es ninguna bagatela!

El accidente del transbordador espacial Challenger se produjo el 28 de enero de 1986. La Imagen de la desintegración del Challenger, tras 73 segundos de haber iniciado su viaje permanece en la mente de todos los que, en directo pudimos contemplar tan fatídico suceso.  Las juntas fallaron debido principalmente a la sobrecompresión repetida durante el montaje y que las bajas temperaturas agravaron aún más. Esta anomalía fue advertida por los ingenieros de Morton Thiokol, los fabricantes de las partes del impulsor, se advirtió a la NASA, pero por presión de la misma NASA los ingenieros de Morton Thiokol cedieron y autorizaron el despegue.

El Discovery asciende por el cielo al inicio de la STS-31, mientras, por primera vez desde 1986, el segundo transbordador, el Columbia, espera su turno para ser lanzado. Cuando se lanzó el Hubble al espacio la Humanidad emprendió el camino hacia el verdadero conocimiento del Universo lejano.

Ya situado en orbita, el Hubble durante su despliegue.

Ya situado en su preciso lugar, pudo realizar el trabajo para el que fue construido y, su rentabilidad -a pesar de las protestas de muchos- no tiene dudas.

El lanzamiento del Telescopio más rentable hasta el momento que nos ha podido llevar en un viaje hasta el espacio profundo y enseñarnos galaxias que vivieron hace doce mil millones de años, es decir, muy cercanas en el tiempo, al nacimiento del Universo mismo. Con el Hubble, hemos captado imágenes de impagable precio al poder localizar y ver objetos antes misteriosos como púlsares, estrellas de neutrones y enanas blancas, Agujeros negros y Cuásares situados en el centro de galaxias activas. No digamos de rica diversidad de la familia de Nebulosas y de algunas explosiones supernovas.

Todo eso formará parte de nuestro vagage intelectual cuando un día lejano en el futuro, tengamos esas naves idóneas para poder hacer (ahora sí) esos viajes a otros mundos que ahora tanto añoramos y que, de ninguna manera estamos capacitados a realizar por falta de medios tecnológicos y humanos que no deben ser sacrificados, a cualquier precio: No a los viajes de Ida sin vuelta.

El astrónomo suizo Michel Mayor. / Uly Martín (EL PAÍS)

La existencia de mundos fuera del sistema solar era una fantasía de muchos y una posibilidad (con algún indicio astronómico) para los científicos. Desde 1995, esa idea, los planetas extrasolares, es una realidad. Fueron el astrónomo suizo Michel Mayor y su entonces joven colaborador Didier Queloz los descubridores del primer cuerpo de este tipo, 51 Pegasi, en órbita de otra estrella, y se abrió así un nuevo campo de investigación muy fecundo: más de 750 planetas ya identificados y el conocimiento sobre cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios en el universo. Mayor y Queloz han recibido este año el Premio Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas de la Fundación BBVA.

Mayor, a sus 70 años, profesor —ahora emérito— de la Universidad de Berna, sigue investigando en primera fila sobre los planetas extrasolares, a los que llegó desde su formación como astrofísico teórico y sus investigaciones sobre los brazos de las galaxias espirales. Lo definitivo, dice, fue la puesta a punto de un método de detección indirecta de esos planetas mediante la observación sutil de los movimientos que inducen gravitatoriamente en los astros que orbitan.

Cuando es preguntado sobre vida y otros mundos, el profesor nos dice:

“El hombre fue a la Luna y tardó unos tres días. Siendo muy optimistas, el planeta extrasolar habitable más próximo estaría a unos 30 años luz, es decir, 1.000 millones de veces más lejos que la Luna, así que se tardaría muchísimo. Cabe pensar en nuevas tecnologías para viajar más rápido, pero el coste energético sería descomunal, algo completamente loco, y viajar a una velocidad cercana a la de la luz… En realidad es un problema de leyes físicas, no de tecnología. Así que visitar esos mundos es impensable porque están muy lejos. Para aprender algo de ellos nos queda observarlos con telescopios.”

                   El Universo es lo que contiene todo lo que existe (hasta donde podemos saber)

Acabábamos de descubrir (como aquel que dice) que el Universo no terminaba en los límites de la Vía Láctea, sino que se había ampliado hasta el “infinito”, con galaxias y objetos cada vez más extraños. Sólo en el horizonte del Hubble se contabilizan 500 millones de galaxias. Y los descubrimientos continúan: desde el centro galáctico se observa un chorro de materia que se eleva más de 3.000 a.l. perpendicular al plano galáctico; se observan objetos como Alfa Cygni, que emite una energía radial equivalente a diez millones de veces la emitida por una galaxia como Andrómeda; se estudian los cuásares, que a veces parecen mas cercanos de lo que sugieren las mediciones del efecto Doppler; se habla de efectos de perspectiva que podrían falsear las conclusiones… Y nos asalta una batería de hipótesis, observaciones, nuevas hipótesis, nuevas observaciones y,  nuevas dudas…

Todavía no se ha hallado una respuesta cierta y global. Un número cada vez mayor de investigadores está buscándola en miles de direcciones. De esta forma se elaboran nuevos modelos de estrellas, galaxias y objetos celestes que quizá sólo la fantasía matemática de los investigadores podían concretar: nacen los agujeros negros, estrellas de Quarks,  los universos de espuma, las cadenas…

Todos esos conocimientos que poco a poco vamos atesorando, serán la base del conocimiento que nos posibilitará en el futuro, llegar más lejos y más rápido a lugares que ahora nos resultan sólo un sueño, toda vez que, poco más de medio siglo de experiencias en viajes espaciales, viene a ser como nada, simplemente son los conocimientos básicos para mayores empresas que aún quedan muy lejos de nuestro alcance.

Elon Musk prepara un viaje a Marte

Viajar hoy al planeta Marte, queda fuera de nuestro alcance y enviamos sondas y naves que nos cuentan lo que allí pasa preparando el viaje futuro. Un viaje largamente soñado por muchos que, cuando han solicitado voluntarios se presentaron a miles. Sin embargo, por el momento, el viaje sería de irás y no volverás, lo cual, al no ser de admisible, impide que se realice ni ahora ni dentro de 5 o 10 años. Son muchas las medidas de seguridad y de tecnologías nuevas que habrá que tener para poder, al fin, visitar y estacionarnos en Marte. El Señor Musk lo quiere intentar y, su empresa, a pesar de todos los esfuerzas que haga, no estará exenta de grandes riesgos.

Esta fue una Misión muy importante que nos dejó grandes beneficios como información

Un Proyecto que ha pasado todas las pruebas y, comparando el coste con su rentabilidad… ¡Los beneficios son infinitamente superiores al esfuerzo realizado! Y, con la gran cantidad de conocimiento que nos ha podido suministrar de Saturno, Titan y otras lunas y de la región en general, nos ha facilitado el saber de lo que en estos lugares se gesta y como se comportan los planetas gaseosos y los pequeños planetas que, como Titán, podrían ser una fuente de sorpresas en un futuro no muy lejano.

Posiblemente, así veríamos Saturno desde Titán

Repetir aquí escenas y lugares de lo ya conseguido, por lo muy visto y manoseado en lugares como este, prefiero dejarlo de lado y, pasar de manera directa a ese futuro que presentimos y que, desde luego, será la consecuencia de todos estos “pilares” que posibilitan la construcción de ese primer “edificio del viaje espacial” que literalmente se pueda ganar ese nombre al ser un vuelo tripulado por seres de nuestra especie.

Lanzamiento de la histórica misión Mercury 6 en la que John Glenn se convirtió en el primer estadounidense en orbitar la Tierra. Dentro de unas décadas, estas imágenes nos parecerán tan viejas que nos recordaran aquella legendaria conquista del Oeste con sus carretas. Las futuras modernas naves espaciales no tendrán nada que ver con estos antiguos cohetes de los primeros pasos por el espacio cercano.

Ahora, tratemos de imaginar que a principios del próximo siglo, podemos construir una nave espacial-ciudad que pudiera estar preparada para alojar a familiar enteras, con sus escuelas y fábricas, sus centros de energías, sus hospitales y todo lo necesario para que, como aquí en la Tierra, tengan, durante el viaje todas las necesidades cubiertas. Además, para esas fechas, ya no son problema ni la gravedad artificial ni tampoco el repeler, mediante campos magnéticos alrededor de la Nave, a todas esas partículas nocivas provenientes del Sol y de otras estrellas.

Habremos entrado en otra era y se podrán leer cosas como…

“Ahora sí, parece que todo está bien controlado para poder realizar el sueño largamente retenido de viajar a otros mundos de fuera de nuestro propio Sistema Solar y, hecha una selección lógica, se ha elegido a Epsilón Eridani que es una estrella de la constelación de Eridanus. Está situada a unos 10,5 años-luz de la Tierra, siendo una de las más próximas al Sistema solar y,  la tercera más próxima visible a simple vista. Es una estrella de la secuencia principal, de Tipo Espectral K2,  muy parecida al Sol, con una masa de 0,83 masas solares, un radio de 0,895 radios solares y una luminosidad estelar de 0,28 veces la solar. Su espectro óptico  es muy variable, con muchas líneas espectrales de emisión.  Tiene un campo magnético muy fuerte que gira aproximadamente cada 11 días. Su período de rotación es de 12 días. La razón para todo ello es su juventud: tiene sólo 600 millones de años cuando nuestro Sol tiene 4600 millones. Un lugar interesante para el estudio y, por los alrededores, pueden haber planetas habitables.”

Lo cierto es que la expedición con todos los honores y en presencia de Autoridades y Público en General, partío para aquella aventura -algo incierta- el 4 de Julio de 2.050 cargado de toda la ilusión de un proyecto magno puede transmitir a cada uno de los enamorados responsables del proyecto al que entregaron su vida misma y la vida de sus familia. Que estimaban garantizadas dado que, también habían buscado el remedio para soportar esas velocidades relativistas sin que el cuerpo humano sufriera daños causados por esos cambios de inusitadas velocidades que serían paliados por unos sistemas cuánticos que harían parecer inexistente tal velocidad.

Así que la Nave salió y, desde luego, nuestras disciplinas científicas no se quedaron paradas; La Física, la Biofísica y Astro-física, la misma Astronomía, la Biología molecular y las Matemáticas, así como todas las teorías en marcha que van más allá de las cuerdas una vez conquistada la energía de Planck que pudo facilitar ese viaje a Epsilon Eridani, ahora las fluctuaciones de vacío no tienen secreto y se descubrió por fin, que “materia oscura” como pasó con  el “eter” no existía y que un apéndice de la gravedad, era el causante de todo lo que podíamos observar y que no entraba en la normalidad de lo que sabíamos. Una constante cosmológica algo diferente a la de Einstein estaba allí y hacía que el espacio se expandiera.

Nos creíamos los dueños del átomo y también de las galaxias y, como si de dioses se tratara, “jugábamos con lo grande y con lo pequeño para tratar de entrar en sus entrañas, conocer sus contenidos y saber, de una vez por toda, esos secretos de la materia que nos resistieron durante años. Ahora, era posible el viaje, a más de 10 años- luz de la Tierra.

Una cosa que, aunque podía ser previsible, no había sido prevista: Veamos, la Nave ciudad construida a tal efecto, viajaría a 300.000 kilómetros por hora, máxima velocidad conseguida hasta esa fecha, y, recorrer más de 10 años-luz a esa distancia implicaría un tiempo considerable de unos 9 460 730 472 580,8 km por año viajando a 299.792,458 Km/s. Lo que nos distanciaría de la velocidad de la luz a una distancia abismal, es decir, sólo podríamos viajar a la décima parte de la velocidad de la luz utilizando energía atómica de Uranio.

Épsilon Eridani un joven espejo del Sistema solar    –      Épsilon Eridani b

A pesar de todo eso y creyéndonos en posesión del dominio de los átomos y las galaxias, el viaje partió hacia su futuro en Épsilon Eridani y todos, sin excepción, estaban tan contentos como ilusionados al partir sin tener en cuenta que, en tan largo viaje muchas cosas podrían pasar.

A pesar de que parte de la tripulación entrarían en la cámara de congelación criogénica por turnos, seguramente no llegarían todos los que salieran de la Tierra hacia aquella otra “Tierra” prometida.

Sólo habían pasado 25 años desde la partida de la Nave y, en la Tierra, sucedieron cosas que, aunque podían haber sido previstas, estas cosas surgen cuando tienen que surgir , de manera inesperada, cuando algún físico descubre la manera de poder obtener de la Naturaleza, aquello que ésta le ofrece y que antes, nadie había podido observar ni comprender que allí estaba a disposición de todos, aquella maravilla que, sin tener que doblegar la velocidad de la luz -cosa que es imposible-, sí, podía, sin embargo, burlarla para poder llegar a lugares que, de la otra manera, necesitarían años, milenios y millones de años para poder conseguirlo viajando a la relativamente lenta, velocidad de la luz si la ponemos en el contexto del Universo de cuyas distancias ya sabemos algo.

Así que, una vez perfeccionado, en unos pocos años el viaje a través del Hiperespacio, resultó que se enviaron naves y demás elementos para poder instalarse en el planeta objeto del destino de los Viajeros que, cuando llegaron muchos, muchos, muchísimos años más tarde, se pudieron encontrar con el trabajo terminado y aterrizaron en las afueras de la más hermosa ciudad futurista que podían haber imaginado.

Cada logro tiene su tiempo y, si queremos hacer las cosas antes de tiempo… ¡Las consecuencias no son buenas! Los del LHC, deberían tener esa premisa muy en cuenta, no sería bueno tontear con un “juguete” tan peligroso, sobre todo, sin saber de antemano qué resultados podríamos obtener de nuestros jueguecitos. Allí se utilizan energías muy altas y hasta el momento han sido 14 TeV pero… ¿Y si la quieren subir para poder ver lo que hay más allá de los Quarks?

Con todo esto quiero significar que, a veces, no conviene correr tanto, hay que dar tiempo al tiempo. Las cosas no llegan por que sí, sino que vienen a nuestras mentes, a nuestra comprensión, cuando estas están preparadas para utilizar dicho conocimiento. El precipitarnos nos puede llevar a situaciones que como la que aquí constamos, podían haber sido evitadas en vidas, en trabajo y esfuerzo y en mucho tiempo perdido. Mejor esperar los momentos idóneos para cada cosa que, por otra parte, no nos resultará fácil.

No etaría mal que el Sr. Musk leyera estos consejos.

emilio silvera

PD. ¡Se me olvidaba!

Cuando los viajeros de la expedición a Épsilón Eridani llegaron allí, se encontraron conque unas colonias de terrestres se habían instalado, ya que, al descubrirse la posibilidad del Hiperespacio, se les habían adelantado. Así que, su instalación fue menos dolorosa de lo que esperaban.

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A finales de los años 70, los físicos de partículas decidieron acudir a los seminarios de cosmología para escuchar los que los cosmólogos tenían que decir sobre las galaxias y los quásar y, los cosmólogos (para no ser menor), alquilaron máquinas del CERN y el FERMILAB para trabajar en física de de altas energías en instalaciones subterráneas desde donde no se podían ver las estrellas.

Los experimentos que se producen en tan descomunales máquinas, llevan sus resultados hasta las pantallas de los ordenadores provistos de programas bien elaborados que regojen todos y cada uno de los sucesos del acontecimiento allí ocurrido cuando dos haces de muones, por ejemplo, chocan lanzados en direcciones opuestas a velocidades cercanas a la de la luz, y, en el choque, las partículas dan lugar a otras más elementales que están ocultas en el corazón de la materia y, con esta fórmula de altas energías, pueden salir a la luz para que las podamos conocer.

“La Física de partículas elementales y el estudio del Universo primitivo, las dos ramas fundamentales de la ciencia de la Naturaleza, se habían fundido esencialmente.”

            Gell-Mann

Cuando físicos y cosmólogos unieron sus conocimientos para saber sobre el todo desde lo puy pequeño hasta lo muy grande: El átomo y la Galaxia.

Encierran y tienen tantos secretos las galaxias que, existen multitud de familias, de formas y colores, y, todas ellas, son portadoras de la esencia del Universo, las galaxias, son retazos del Universo en las que están presentes todos los elementos y objetos que son son, también allí residen las fuerzas y las constantes y, para que no falte de nada, podríamos suponer que también, está la vida presente.

En encuentra que buscaron físicos y cosmólogos fue el Big Bang. Loa físicos habían identificaron simetrías en la Naturaleza que hoy están rotas pero que estuvieron intactas en el entorno de las inmensas energías, en el entorno de aquellos primeros momentos en los que se cree nació el universo. Los cosmólogos informaron de que el universo estuvo entonces en tal estado de alta energía, durante las etapas iniciales del Big Bang. Unidas ambas cosas, aparece el cuadro de un universo perfectamente simétrico y cuyas simetrías se quebraron a medida que se expandió y se enfrió, creando las partículas de materia y energía que encontramos hoy a nuestro alrededor y estampándoles las pruebas de su genealogía.

       Y la taza de Yukawua con las interacciones más misteriosas del Universo

“Corrían los años 30, años en los que el mundo estaba convulsionado por una devastadora crisis económica, y la física se encontraba en una encrucijada. (Vaya, esta frase me valdría para tiempos más recientes). Un físico nipón se propuso afrontar un severo problema, entre muchos otros en los que arrojó luz, que no era más, ni menos, que el de entender la interacción por la cual dos protones pueden unirse para formar núcleos.”

 

La simple y maravillosa idea

Yukawa consiguió lo que no pudieron ni Fermi ni Heisenberg sobre la interacción nuclear en el comportamiento de las partículas del núcleo atómico.

La ecuación de arriba nos habla de que para las distancias cortas las interacciones eléctricas serán muy intensas y para distancias grandes la intensidad disminuirá, incluso llegará a anularse cuando las distancias sean infinitas. Se sabía que la interacción electromagnética a nivel cuántico se debía al intercambio de fotones

 

 

Las diferencias esenciales entre la interacción nuclear y la interacción electromagnética son las siguientes:

1. La interacción nuclear, entre protones y neutrones (que también era conocido en aquella época) ha de ser de corto alcance. De hecho del orden del fermi. Un fermi equivale a  metros.
2. Dentro de su rango ha de ser más intensa que la interacción electromagnética ya que ha de conseguir mantener unidos a protones en un volumen pequeño.

 

                                           

En el modelo estándar,  la ruptura espontánea de simetría se complementa por el uso del bosón de Higgs, que es responsable de las masas de los bosones W y Z.  Todo esto puede verse de forma más técnica en la interacción de Yukawa donde se muestra cómo obtienen masa los fermiones  mediante la ruptura de simetría. Este mecanismo se aplica al caso de una ruptura de simetría gauge local local.

                            El toro es un ejemplo de grupo de Lie homeomorfo a .

En física la ruptura espontánea de la simetría ocurre cuando un sistema definido por una lagrangiana simétrica respecto a un grupo de simetría  cae en un estado vacío que no es simétrico.  Cuando eso sucede el sistema no se comporta más de forma simétrica.

El grupo de simetría puede ser discreto como el grupo espacial  de un cristal, o continuo como un grupo de Lie,  como la simetría rotacional del espacio. Sin embargo, si el sistema solo tiene una dimensión espacial entonces solo las simetrías discretas pueden romperse en un estado vacío de la teoría cuántica, aunque también una solución clásica puede romper una simetría continua.

 

 

“La ruptura de la simetría conlleva la aparición de nuevas partículas (asociados a nuevos términos de masas en el nuevo lagrangiano. En física, un lagrangiano es una función escalar a partir de la cual se puede obtener la evolución temporal, las leyes de conservación y otras propiedades importantes de un sistema dinámico. De hecho, en física moderna el lagrangiano se considera el operador más fundamental que describe un sistema físico.) como los bosones de Nambu-Goldstone  o los bosones de Higss) y la aparición de términos de masas de partículas ya existentes en el lagrangiano. Claro que la teoría electrodébil se describió por Steven Weinberg unificada en términos de su relación con el universo primitivo.”

Lo que resulta tan especial en la Teoría electrodébil  es que las partículas (portadoras de la fuerza) forman una familia estrechamente unida, con cuatro miembros: la W⁺, la W^– , la Z neutra, y el cuarto miembro es nuestro viejo amigo el Fotón, portador del electromagnetismo. Son todas hermanas, estrechamente relacionadas por el principio de simetría que nos dice que son, todas las misma cosa pero, que la simetría se ha roto. La simetría está allí, en las ecuaciones subyacentes de la teoría, pero no es evidente en las partículas mismas. Por eso las W y la Z son mucho más pesadas que el fotón.

                           En Universo temprano no había estrellas, ni galaxias, ni seres vivos

Hubo un tiempo, en el universo temprano, en que la temperatura estaba por encima de algunos cientos de veces de la masa del protón, cuando la simetría aún no se había roto, y la fuerza débil y la electromagnética, no sólo eran la misma matemáticamente, sino realmente la misma. Un físico que hubiera podido estar allí por aquel entonces, lo que no es fácil de imaginar, no habría contemplado ninguna diferencia real entre las fuerzas producidas por el intercambio de estas cuatro partículas: las W, la Z y el Fotón.

De la misma manera, aunque menos clara, las nacientes teorías de la supersimetría conjeturan que las cuatro fuerzas tal vez estaban ligadas por una simetría que se manifestaba en aquellos niveles de energías aún mayores que caracterizaban al universo incluso ya antes del Big Bang.

La introducción de un eje de tiempo histórico en la cosmología y la física de partículas, benefició a ambos campos. Los físicos proporcionaron a los cosmólogos una serie de herramientas útiles para saber como se desarrolló el universo. Evidentemente, el Big Bang no fue la muralla de fuego de la que se burló Hoyle, sino un ámbito de susceos de altas energías que muy posiblemente pueden ser comprensibles en términos de la teoría de campo relativista y cuántica.

La cosmología por su parte, le dio un tinte de realidad histórica a las teorías unificadas. Aunque ningún Acelerador concebible podría alcanzar las titánicas energías supuestas por las grandes teorías unificadas y la supersimetría, esas exóticas ideas aún pueden ser puestas a prueba, investigando su las partículas constituyentes del universo actual son compatibles con el tipo de historia primitiva que implican las teorías.

“Las partículas elementales aparentemente proporcionan la clave de algunos de los misterios fundamentales de la cosmología temprana… y, resulta que la cosmología nos brinda una especie de terreno de prueba para alguna de las ideas de la física de partículas elementales.”

                Todo lo que vemos está regido por esas cuatro fuerzas y por las constantes universales

A pesar de todo, de lo mucho que hemos avanzado y de los descubrimientos ciertos que se han podido conquistar y que están debidamente contrastados una y mil veces para estar seguros de que, todo eso es así. A pesar de ello, digo, no creo que aún sepamos, a ciencia cierta, lo que las fuerzas son, y, nos quedan algunos flecos que añadir a “ese traje” para que, la niña (en este caso la Naturaleza), se nos pueda mostrar con toda su belleza y esplendor.

¿Qué son las fuerzas?

Sí, más o menos, aunque con ciertas carencias y faltas de completitud, podemos dar una idea de lo que las fuerzas son y, para andar por casa, podría ser una explicación suficiente pero, si queremos dar un paseo más largo, y llegar hasta los confines de la Galaxia, entonces, no podemos confiar en esta exigua explicación a la que, como antes decía, le faltan esos flecos que la adornan y completan y las acercarían a nuestra total comprensión.

Sabemos del nacimiento de las estrellas, la acumulación de estas en galaxias, que a la vez se agrupan en cúmulos y por si fuera poco,  esparciéndose en forma uniforme mientras el Universo sigue  y sigue expandiéndose. La formación de nebulosas en todas partes, de ellas las nacientes estrellas, blancas, azules, rojas y amarillas, y a su alrededor la formación de planetas. Todo un ciclo que se repite y se repite por miles de millones de años, entregándonos un formato claro y que podemos aventurarnos a predecir sin temor a fallar y, sabemos que, todo eso es posible gracias a que, las cuatro fuerzas fundamentales del universo están presentes y, el ritmo que imponen, hacen posible que las cosas sean tal como las podemos contemplar.

Quarks que se unen para formar nucleones, estos que conforman los núcleos, la llegada de los electrones atraídos por la carga eléctrica positiva de los núcleos hacen que se formen los átomos del universo que, unidos forman moléculas que, a su vez, se unen para formar cuerpos como las estrellas y los mundos que las rodean, grupos de estrellas que dan lugar a enormes galaxias y estas, reunidas, forman cúmulos que son las estructuras más grandes del universo y, todo ello, es posible gracias a esas fuerzas y a esas “insignificantes” partículas que conforman la materia.

Ahí los tenéis y aunque pueda parecer sencillo, el lidiar con estas tres familias de partículas que son, en realidad las que conforman todo lo que existe en el mundo (entendiéndose por el mundo el universo entero), no es fácil y de ellas, surgen muchas implicaciones, algunas que no hemos podido llegar a entender aunque, en honor a la verdad tendremos que decir que, en lo más básico, podemos formular hipótesis y teorías que las implican y que están acordes con la realidad observada en el laboratorio experimental. Sin embargo, muchos son, todavía, los secretos que nos esconden y al que nuestro intelecto no ha podido llegar aún. Sin embargo, si nos dan más tiempo, todo llegará.

Y, a todo esto, no debemos olvidar que, aparte de las propiedades que dichas partículas pueden tener de manera individual, todas tienen que convivir con las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza que, de alguna manera, inciden en ellas de mil maneras diferentes.

No sólo toda la materia del Universo, nosotros también, supeditamos nuestros comportamientos a lo que rige la norma que establen esas cuatro fuerzas fundamentales del Universo que, junto con las constantes universales, hacen de nuestro universo lo que es y permite, que la vida esté presente para observar todas estas maravillas.

Ayer por la tarde (como hago tantas veces por estas fechas), acompañado de mi inseparable esposa, me di una vueltecita por todos estos parajes y, nos paramos en un “chiringuito” situado en un lugar solitario ya en estas fechas en la que los turistas se van marchado. Ella, mi mujer, después de tomarnos un café, se marcha un rato a la playa a tomar un baño y echarse en la fina arena a tomar el Sol, y, mientras tanto, saco mi libreta (que siempre me acompaña) y, mirando ese inmenso horizonte escribo de todo esto que antes habéis podido leer acompañado de una bella puesta de Sol.

Realmente, cuando te acercas a la Naturaleza, las cosas se ven diferentes, te sientes más cerca de lo verdadero y puedes llegar a comprender algunas cosas que, la simbiosis del momento te acercan a la comprensión. Recordé que desde estos mismos lugares inició Colón su viaje  para “las Américas” lo que después llamamos el nuevo mundo, y, aunque él creía que se dirigía a Cipango, el País del Sol descrito por Marco Polo, el hombre llegó a ese nuevo Mundo que ahora (a pesar de todo),  de sus habitantes nos sentimos hermanos.

¿Cuándo llegaremos a comprender? ¿Entenderemos alguna vez por qué hicimos las cosas? ¿Sabremos perdonar? y, sobre todo, comprenderemos de una vez por todas que todos somos uno… ¡falta mucho para que eso sea una realidad!

emilio silvera

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