Ahora, hablaremos de la vida media de las partículas elementales (algunas no tanto). Cuando hablamos del tiempo de vida de una partícula nos estamos refiriendo al tiempo de vida media, una partícula que no sea absolutamente estable tiene, en cada momento de su vida, la misma probabilidad de desintegrarse. Algunas partículas viven más que otras, pero la vida media es una característica de cada familia de partículas.

También podríamos utilizar el concepto de “semivida”. Si tenemos un gran número de partículas idénticas, la semivida es el tiempo que tardan en desintegrarse la mitad de ese grupo de partículas. La semivida es 0,693 veces la vida media.

Si miramos una tabla de las partículas más conocidas y familiares (fotón, electrón muón tau, la serie de neutrinos, los mesones con sus piones, kaones, etc., y, los Hadrones bariones como el protón, neutrón, lambda, sigma, psi y omega, en la que nos expliquen sus propiedades de masa, carga, espín, vida media (en segundos) y sus principales maneras de desintegración, veríamos como difieren las unas de las otras.

Algunas partículas tienen una vida media mucho más larga que otras. De hecho, la vida media difiere enormemente. Un neutrón por ejemplo, vive 10¹³ veces más que una partícula Sigma⁺, y ésta tiene una vida 10⁹ veces más larga que la partícula sigma cero. Pero si uno se da cuenta de que la escala de tiempo “natural” para una partícula elemental (que es el tiempo que tarda su estado mecánico-cuántico, o función de ondas, en evolucionar u oscilar) es aproximadamente 10ˉ²⁴ segundos, se puede decir con seguridad que todas las partículas son bastantes estables. En la jerga profesional de los físicos dicen que son “partículas estables”.

¿Cómo se determina la vida media de una partícula? Las partículas de vida larga, tales como el neutrón y el muón, tienen que ser capturadas, preferiblemente en grandes cantidades, y después se mide electrónicamente su desintegración. Las partículas comprendidas entre 10ˉ¹⁰ y 10ˉ⁸ segundos solían registrarse con una cámara de burbujas, pero actualmente se utiliza con más frecuencia la cámara de chispas. Una partícula que se mueve a través de una cámara de burbujas deja un rastro de pequeñas burbujas que puede ser fotografiado. La Cámara de chispas contiene varios grupos de de un gran número de alambres finos entrecruzados entre los que se aplica un alto voltaje. Una partícula cargada que pasa cerca de los cables produce una serie de descargas (chispas) que son registradas electrónicamente. La ventaja de esta técnica respecto a la cámara de burbujas es que la señal se puede enviar directamente a una computadora que la registra de manera muy exacta.

En la cámara de niebla la partícula delata el camino tomado

Una partícula eléctricamente neutra nunca deja una traza directamente, pero si sufre algún tipo de interacción que involucre partículas cargadas (bien porque colisionen con un átomo en el detector o porque se desintegren en otras partículas), entonces desde luego que pueden ser registradas. Además, realmente se coloca el aparato entre los polos de un fuerte imán. Esto hace que la trayectoria de las partículas se curve y de aquí se puede medir la velocidad de las partículas. Sin embargo, como la curva también depende de la masa de la partícula, es conveniente a veces medir también la velocidad de una forma diferente.

Una colisión entre un prtón y un antiprotón registrada mediante una cámara de chispas del experimento UA5 del CERN.

En un experimento de altas energías, la mayoría de las partículas no se mueven mucho más despacio que la velocidad de la luz. Durante su carta vida pueden llegar a viajar algunos centímetros y a partir de la longitud media de sus trazas se puede calcular su vida. Aunque las vidas comprendidas entre 10ˉ¹³ y 10ˉ²⁰ segundos son muy difíciles de medir directamente, se pueden determinar indirectamente midiendo las fuerzas por las que las partículas se pueden transformar en otras. Estas fuerzas son las responsables de la desintegración y, por lo tanto, conociéndolas se puede calcular la vida de las partículas, Así, con una pericia ilimitada los experimentadores han desarrollado todo un arsenal de técnicas para deducir hasta donde sea posible todas las propiedades de las partículas. En algunos de estos procedimientos ha sido extremadamente difícil alcanzar una precisión alta. Y, los datos y números que actualmente tenemos de cada una de las partículas conocidas, son los resultados acumulados durante muchísimos años de medidas  experimentales y de esa manera, se puede presentar una información que, si se valorara en horas de trabajo y coste de los proyectos, alcanzaría un precio descomunal pero, esa era, la única manera de ir conociendo las propiedades de los pequeños componentes de la materia.

Que la mayoría de las partículas tenga una vida media de 10ˉ⁸ segundos significa que son ¡extremadamente estables! La función de onda interna oscila más de 10²² veces/segundo. Este es el “latido natural de su corazón” con el cual se compara su vida. Estas ondas cuánticas pueden oscilar 10ˉ⁸ x 10²², que es 1¹⁴ o 100.000.000.000.000 veces antes de desintegrarse de una u otra manera. Podemos decir con toda la seguridad que la interacción responsable de tal desintegración es extremadamente débil.

Se habla de ondas cuánticas y también, de ondas gravitacionales. Las primeras han sido localizadas y las segundas están siendo perseguidas.

Aunque la vida de un neutrón sea mucho más larga (en promedio un cuarto de hora), su desintegración también se puede atribuir a la interacción débil. A propósito, algunos núcleos atómicos radiactivos también se desintegran por interacción débil, pero pueden necesitar millones e incluso miles de millones de años para ello. Esta amplia variación de vidas medias se puede explicar considerando la cantidad de energía que se libera en la desintegración. La energía se almacena en las masas de las partículas según  la bien conocida fórmula de Einstein E = Mc². Una desintegración sólo puede tener lugar si la masa total de todos los productos resultantes es menor que la masa de la partícula original. La diferencia entre ambas masas se invierte en energía de movimiento. Si la diferencia es grande, el proceso puede producirse muy rápidamente, pero a menudo la diferencia es tan pequeña que la desintegración puede durar minutos o incluso millones de años. Así, lo que determina la velocidad con la que las partículas se desintegran no es sólo la intensidad de la fuerza, sino también la cantidad de energía disponible.

Si no existiera la interacción débil, la mayoría de las partículas serían perfectamente estables. Sin embargo, la interacción por la que se desintegran las partículas π°, η y Σ° es la electromagnética. Se observará que estas partículas tienen una vida media mucho más corta, aparentemente, la interacción electromagnética es mucho más fuerte que la interacción débil.

Durante la década de 1950 y 1960 aparecieron tal enjambre de partículas que dio lugar a esa famosa anécdota de Fermi cuando dijo: “Si llego a adivinar esto me hubiera dedicado a la botánica.”

Si la vida de una partícula  es tan corta como 10ˉ²³ segundos, el proceso de desintegración tiene un efecto en la energía necesaria para producir las partículas ante de que se desintegre. Para explicar esto, comparemos la partícula con un diapasón que vibra en un determinado modo. Si la “fuerza de fricción” que tiende a eliminar este modo de vibración es fuerte, ésta puede afectar a la forma en la que el diapasón oscila, porque la altura, o la frecuencia de oscilación, está peor definida. Para una partícula elemental, esta frecuencia corresponde a su energía. El diapasón resonará con menor precisión; se ensancha su curva de resonancia. Dado que para esas partículas extremadamente inestable se miden curvas parecidas, a medida se las denomina resonancias. Sus vidas medias se pueden deducir directamente de la forma de sus curvas de resonancia.

Bariones Delta. Un ejemplo típico de una resonancia es la delta (∆), de la cual hay cuatro especies ∆ˉ, ∆⁰, ∆⁺ y ∆⁺⁺(esta última tiene doble carga eléctrica). Las masas de las deltas son casi iguales 1.230 MeV. Se desintegran por la interacción fuerte en un protón o un neutrón y un pión.

Existen tanto resonancias mesónicas como bariónicas . Las resonancias deltas son bariónicas. Las resonancias deltas son bariónicas. (También están las resonancias mesónicas rho, P).

Las resonancias parecen ser solamente una especie de versión excitada de los Hadrones estable. Son réplicas que rotan más rápidamente de lo normal o que vibran de diferente manera. Análogamente a lo que sucede cuando golpeamos un gong, que emite sonido mientras pierde energía hasta que finalmente cesa de vibrar, una resonancia termina su existencia emitiendo piones, según se transforma en una forma más estable de materia.

Por ejemplo, la desintegración de una resonancia ∆ (delta) que se desintegra por una interacción fuerte en un protón o neutrón y un pión, por ejemplo:

∆⁺⁺→р + π⁺;  ∆⁰→р + πˉ; o п+π⁰

En la desintegración de un neutrón, el exceso de energía-masa es sólo 0,7 MeV, que se puede invertir en poner en movimiento un protón, un electrón y un neutrino. Un Núcleo radiactivo generalmente tiene mucha menos energía a su disposición.

El estudio de los componentes de la materia tiene una larga historia en su haber, y, muchos son los logros conseguidos y muchos más los que nos quedan por conseguir, ya que, nuestros conocimientos de la masa y de la energía (aunque nos parezca lo contrario), son aún bastante limitados, nos queda mucho por descubrir antes de que podamos decir que dominamos la materia y sabemos de todos sus componentes. Antes de que eso llegue, tendremos que conocer, en profundidad, el verdadero origen de la Luz que esconde muchos secretos que tendremos que desvelar.

                 Los del LHC buscan las partículas que podrían conformar la “materia oscura”

Esperemos que con los futuros experimentos del LHC y de los grandes Aceleradores de partículas del futuro,  se nos aclaren algo las cosas y podamos avanzar en el perfeccionamiento del Modelo Estándar de la Física de Partículas que, como todos sabemos es un Modelo incompleto que no contiene a todas las fuerzas de la Naturaleza y, cerca de una veintena de sus parámetros son aleatorios y no han sido explicados. Uno de ellos era el Bosón de Higgs que pudo ser confirmado. Sin embargo, a mí particularmente me quedan muchas dudas al respecto.

Emilio Silvera V.

                   La NASA observa la Tierra pero… ¡No habrá alguien más que también la esté observando?

Varios científicos prominentes, entre ellos el famoso Stephen Hawking, han advertido a la humanidad contra el afán de revelar nuestra presencia a una hipotética vida inteligente en otros planetas. Según explican, otras civilizaciones podrían tratar de encontrar mundos similares a la Tierra con intenciones poco amigables, como utilizar nuestros recursos después de haber acabado con los suyos o conquistarnos. Hawking incluso advertía de que su visita podría ser tan devastadora como la llegada de los españoles a América en 1492. Pero, aún dejando de emitir señales de saludo al espacio, Qué podríamos hacer para no ser vistos? ¿Puede un planeta entero pasar desapercibido?

Dos astrónomos de la Universidad de Columbia en Nueva York tienen una curiosa propuesta que parece de película. Creen que humanidad podría utilizar un láser para ocultar la Tierra de los rastreos de los extraterrestres. El profesor David Kipping y el estudiante graduado Alex Teachey lo explican en la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society. Su teoría parte de que otras civilizaciones podrían tratar de encontrar planetas similares a la Tierra utilizando las mismas técnicas que nosotros, incluyendo el pequeño eclipse que se forma cuando un mundo se mueve directamente en frente de la estrella alrededor de la que orbita. Estos eventos, llamados tránsitos, son la principal forma en que la misión Kepler y proyectos similares buscan planetas alrededor de otras estrellas. Y funciona. Hasta ahora Kepler ha confirmado más de 1.000 planetas utilizando este método, entre ellos decenas similares en tamaño a la Tierra.

Kipping y Teachey especulan que los científicos extraterrestres podrían utilizar este mismo método para localizar nuestro planeta, que estará claramente en la «zona habitable» del Sol, ni demasiado lejos ni demasiado cerca, donde la temperatura es la adecuada para el agua líquida, lo que lo convierte en un lugar prometedor para la vida.

Pero los autores sugieren que los tránsitos podrían ser enmascarados por una emisión láser controlada, con el haz dirigido hacia la estrella donde los alienígenas podrían vivir. Cuando el tránsito se efectúa, es decir, cuando la Tierra pasa por delante del Sol, el láser podría estar encendido para compensar la caída de la luz. Según los autores, la emisión de un láser continuo de 30 MW durante aproximadamente 10 horas, una vez al año, sería suficiente para eliminar la señal de tránsito, por lo menos en luz visible. La energía necesaria es comparable a la recogida por la Estación Espacial Internacional (ISS) en un año.

Los autores señalan que una capa cromática, eficaz en cualquier longitud de onda, es más difícil de desarrollar, y necesitaría una gran variedad de láseres sintonizables con una potencia total de 250 MW. «Alternativamente, podríamos ocultar sólo las firmas atmosféricas asociadas con la actividad biológica, como el oxígeno, lo cual se puede lograr con un pico de potencia láser de tan sólo 160 kW por tránsito. Para otra civilización, esto debería hacer que la Tierra aparezca como si la vida nunca se hubiera afianzado en nuestro mundo», dice Teachey.

¿Y si queremos comunicarnos?

Pero la misma tecnología podría servir para todo lo contrario. En vez de encubrir nuestra presencia, el láser podría utilizarse para modificar la forma en que la luz del Sol cae durante un tránsito para que sea obviamente artificial, y por lo tanto, transmita nuestra existencia a quien quiera que esté por ahí afuera. Los autores sugieren que podríamos transmitir información a través de los haces de láser, al mismo tiempo, proporcionando una manera de comunicarnos.

«Hay un debate en curso acerca de si debemos anunciarnos a nosotros mismos o escondernos de las posibles civilizaciones avanzadas que habiten planetas en otras partes de la galaxia. Nuestro trabajo ofrece a la humanidad una opción, al menos para los eventos de tránsito, y debemos pensar en lo que queremos hacer», apunta Kipping.

Claro que teniendo en cuenta que la humanidad ya es capaz de modificar las señales de tránsito, podría ocurrir que a los alienígenas se les hubiera ocurrido la misma idea. Los dos científicos proponen que la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI), que actualmente rastrea las señales de radio procedentes del espacio, se amplíe para buscar tránsitos artificiales. El asunto resulta fascinante, especialmente si Hawking está en lo cierto.

Muchos se preguntan el por qué, después de tantas décadas desde la puestas n marcha de este Proyecto SETI, no han conseguido nada, ninguna señal ilusionante que les incentive a seguir la búsqueda. Claro que, estos que formulan tal preguntan no tienen en cuenta que el Universo es muy, muy, muy grande.

Se podría decir que SETI, hasta el momento, ha inv4estigado una parte del Espacio Interestelar que se podría comparar con una piscina olímpica, y, el Océano Pacífico sería el Universo.

Emilio Silvera V.