Las interacciones fundamentales de la naturaleza

Estas fuerzas de la naturaleza que rigen todas las interacciones del Universo en el que vivimos, hacen que las partículas elementales que conforman la materia se comporten como lo hacen.

Todo lo grande, todo, está formado por combinaciones de estos minúsculos objetos que no podemos ver, pero que en realidad son tan importantes que hacen posible la existencia de los planetas, las estrellas, las galaxias, los océanos, los seres vivos y toda la materia inerte del universo, que regida por las fuerzas arriba reseñadas componen el cuadro que los físicos llaman el modelo estándar, que aun no siendo perfecto, sí supone una herramienta poderosa para trabajar y saber sobre estas cuestiones, tanto a nivel microscópico (la mecánica cuántica), como a nivel cosmológico (la relatividad).

Así las cosas, era inevitablemente necesaria una partícula de espín 0 para que la interacción débil tuviera las simetrías que tiene a través del mecanismo de Higgs-Kibble. Esta partícula de Higgs se acopla ahora a los quarks y a los leptones para dotarlos de masa. Es, pues, una alianza entre la interacción débil y la interacción de Higgs lo que permite muchos tipos de desintegración de hadrones extraños y con encanto.

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Auguste Comte (1798-1857)

Filósofo francés, fundador del positivismo. Fue secretario y colaborador (1818-24) de Saint-Simon. … Basándose en esta tesis, Comte afirmaba que la “metafísica”, es decir, la teoría acerca de la esencia de los fenómenos, ha de ser eliminada. Tambien se atrevió (imprudente) a afirmar otras cuestiones que no estaban a su alcance asegurar.

En el siglo XIX algunos científicos declararon que la composición de las estrellas estaría siempre fuera del alcance del experimento. En 1825, el filósofo y crítico social francés Auguste Comte, al escribir el Curso de Filosofía, declaraba que nunca conoceríamos las estrellas de otra forma que como inalcanzables puntos de luz en el cielo debido a su enorme distancia de nosotros. Las máquinas del siglo XIX, o de cualquier siglo, argumentaba, no eran suficientemente potentes como para escapar de la Tierra y alcanzar las estrellas.

Sin embargo, las líneas espectrales de Franhoufer nos dijo de manera clara y precisa de que estaban hechas las estrellas y otros objetos celestes.

Así que parecía que el determinar la composición de las estrellas era imposible, y lo curioso es que casi al mismo tiempo, el físico alemán Joseph von Fraunhofer estuviera haciendo precisamente eso. Utilizando un prisma y un espectroscópio pudo descomponer la luz blanca emitida desde las estrellas lejanas y determinar la composición química de dichas estrellas. De la misma manera pudiera, en este mismo instante, estar trabajando un físico-matemático en profundizar en la teoría de supercuerdas y estar formulando otro respetable avance hacia nuestro futuro

¿Qué sería de nosotros sin la física?

Tampoco los átomos eran verificables hace dos siglos y llegaron Mach, Planck, Einstein, Heisenberg, Schrödinger, Feymann, Gell- Mann y tantos otros que dejaron todo el misterio al descubierto con la mecánica cuántica que nos puede facilitar datos con una precisión asombrosa.

Por eso, no puedo dejar de tener esperanzas sobre esperar la confirmación experimental de la física de la décima dimensión por métodos directos; la llave: nuestra imaginación.

Otra idea difícil de verificar en física fue la existencia de los evasivos neutrinos. Hace poco tiempo, hablando con el doctor de física teórica e ingeniero de materiales, además de astrofísico, Alcione Mora, me contó que entraba a formar parte de un grupo o equipo que iniciarán el proyecto de diseñar y construir los aparatos tecnológicos necesarios para, posteriormente, en las profundidades de la Antártida, buscar neutrinos.

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Ayer mismo aquí una serie de comentarios que contaban (simplificándolo), el breve recorrido que había hecho la Humanidad para ir, poco a poco, descubrimiendo el Universo. Hoy lo quiero rematar con otros dos comentarios que redondean la historia, y, sin llegar a Einstein (padre de la Cosmología moderna), lo dejo en los que antes que él, pusieron su granito de arena.

Los cambios se estaban produciendo a una velocidad cada vez mayor. Al siglo de Newton también pertenecieron, entre otros, el matemático Fermat; Römer, quien midió la velocidad de la luz; Grimaldi, que estudió la difracción; Torricelli, que demostró la existencia del vacío; Pascal y Boyle, que definieron la física de los fluidos…La precisión de los telescopios y los relojes aumentó notablemente, y con ella el número de astrónomos deseosos de establecer con exactitud  la posición de las estrellas y compilar catálogos estelares cada vez más completos para comprender la Vía Láctea.

La naturaleza de los cuerpos celestes quedaba fuera de su interés: aunque se pudiera determinar la forma, la distancia, las dimensiones y los movimientos de los objetos celestes, comprender su composición no estaba a su alcance. A principios del siglo XIX, William Herschel (1738-1822), dedujo la forma de la Galaxia, construyó el mayor telescopio del mundo y descubrió Urano. Creía firmemente que el Sol estaba habitado.

Al cabo de pocos años, nacía la Astrofísica, que a diferencia de la Astronomía (ya llamada  -“clásica o de posición”-), se basaba en pruebas de laboratorio. Comparando la luz emitida por sustancias incandescentes con la recogida de las estrellas se sentaban las bases de lo imposible: descubrir la composición química y la estructura y el funcionamiento de los cuerpos celestes. Estaba mal vista por los astrónomos “serios” y se desarrolló gracias a físicos y químicos que inventaron nuevos instrumentos de análisis a partir de las demostraciones de Newton sobre la estructura de la luz.

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El padre Ángelo Secchi (1818-1878) fue el primero en afirmar que muchos espectros estelares poseen características comunes, una afirmación refrendada hoy día con abundantes datos. Secchi clasificó las estrellas en cinco tipos, en función del aspecto general de los espectros. La teoría elegida era correcta: el paso del color blanco azulado al rojo oscuro indica una progresiva disminución de la temperatura, y la temperatura es el parámetro principal que determina la apariencia de un espectro estelar.

Más tarde, otros descubrimientos permitieron avanzar en Astrofísica: Johan Balmer (1825-1898) demostró que la regularidad en las longitudes de onda de las líneas del espectro del hidrógeno podía resumirse en una sencilla expresión matemática; Pieter Zeeman (1865-1943) descubrió que un campo magnético de intensidad relativa influye en las líneas espectrales de una fuente subdividiéndolas en un número de líneas proporcional a su intensidad, parámetro que nos permite medir los campos magnéticos de las estrellas.

En otros descubrimientos empíricos la teoría surgió tras comprender la estructura del átomo, del núcleo atómico y de las partículas elementales. Los datos recogidos se acumularon hasta que la física y la química dispusieron de instrumentos suficientes para elaborar hipótesis y teorías exhaustivas. Gracias a dichos progresos pudimos asistir a asociaciones como Faraday y su concepto de “campo” como “estado” del espacio en torno a una “fuente”; Mendeleiev y su tabla de elementos químicos; Maxwell y su teoría electromagnética;  Becquerel y su descubrimiento de la radiactividad; las investigaciones de Pierre y Marie Curie; Rutherford y Soddy y sus experimentos con los rayos Alfa, Beta y Gamma; y los estudios sobre el cuerpo negro que condujeron a Planck a determinar su constante universal; Einstein y su trabajo sobre la cuantización de la energía para explicar el efecto fotoeléctrico, Bohr y su modelo cuántico del átomo; la teoría de la relatividad especial de Einstein que relaciona la masa con la energía en una ecuación simple…Todos fueron descubrimientos que permitieron explicar la energía estelar y la vida de las estrellas, elaborar una escala de tiempos mucho más amplia de lo que jamás se había imaginado y elaborar hipótesis sobre la evolución del Universo.

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El mayor Acelerador de Partículas de EE.UU. describe un círculo de unos seis kilómetros y medio en las praderas de Illinois, cerca de la ciudad de Batavia. En el Fermilab (Fermi National Acelerator Laboratory), haces de protones y antiprotones circulan por el largo tubo de acero inoxidable con velocidades cercanas a c, es decir, la velocidad de la luz. Se apiñan en dos puntos, dentro de unos detectores, de tal manera que las partículas y las antipartículas choquen entre sí, produciendo unas cantidades tremendas de energía. Los físicos examinan las consecuencias de estos choques, cuando por fusión se producen nuevas partículas -algunas nunca vistas en este Universo nuestro desde una fracción de segundos después del supuesto big bang- a partir de las explosiones de energía.

Pero vamos a nuestra historia. Cuando el Acelerador está en parada forzosa por cuestiones de mantenimiento, los guías del Fermilab llevan a grupos de visitantes a través del túnel brillantemente pintado del acelerador. Las visitas guiadas comienzan en el Atrio del Wilson Hall, el Edificio de la Administración, y luego cruzan la carretera para ir al acelerador. En el Atrio del Wilson Hall está también la Cafetería del Laboratorio y, si eres un visitante que vas a desayunar, te encuentras allí con físicos experimentales del Fermilab.

En mi visita (hace ya algunos años), una guía me contó que en una ocasión vio en su grupo de visitantes a un anciano cuya cara no le era desconocida y le resultaba bastante familiar. El hombre estaba fascinado en el Acelerador y, del grupo, era el que más interés mostraba por las explicaciones que se les facilitaba. Aquel hombre, miraba intensamente cada uno de los ingenios que la guía les enseñaba y atendía a sus complejas funciones con interés.

Tras regresar al Wilson, el anciano dio las gracias muy efusivamente a la guía y le comentó que estaba gratamente sorprendido de todo lo que allí había podido ver. La guía, entonces le comentó: “Su cara me es familiar ¿Nos hemos visto antes?. El hombre respondió afirmativamente y le dijo su nombre. Llevaba más de veinte años empleado en el Fermilab. Era un teórico que trabajaba en el Departamento de estudios teóricos en Wilson Hall, a diferencia de los físicos experimentales que trabajan en las salas de control del detector en relación directa con el acelerador, ellos, los teóricos, estaban en despachos entre ordenadores y complejas ecuaciones tratándo de despejar las incognitas surgidas de los experimentos.

Aquel hombre, en 20 maños, nunca había visto el Acelerador. Simplemente se había dedicado a estudiar los resultados de las colisiones. Y, lo gracioso del caso es que, su visita al acelerador había sido un equívoco, ya que, por error cuando salió de la oficina a desayunar, estaba pensativo y elucubrando en su mente sobre los últimos resultados que había analizado, y, sin darse cuenta, en lugar de colocarse en la cola de la Cafetería se colocó en la cola de visitantes del Acelerador y, de esa manera, tras veinte años de trabajar allí, pudo contemplar al fín el ingenio que, bajo Tierra, trataba de descubrir los secretos del Universo.

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