Resulta imposible frenar el cáncer y a la vez impedir la acumulación de células defectuosas – FOTOLIA

Una fórmula matemática desmonta la idea de que se puede detener el envejecimiento.

Se puede ralentizar, pero no hay ninguna vía de escape para evitarlo: es una característica propia de los organismos multicelulares

Investigadores de la Universidad de Arizona han probado que es matemáticamente imposible detener el envejecimiento en organismos multicelulares, entre los que están las plantas y los animales. De hecho, han concluido que la senescencia es una característica propia de los seres vivos complejos.

«El envejecimiento es matemáticamente y totalmente inevitable. No hay ninguna vía de escape lógica, teórica ni matemática», ha dicho en un comunicado Joanna Masel, profesora de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Arizona y coautora de la investigación.

En un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, Masel y su colaborador Paul Nelson han aplicado un modelo matemático para simular la evolución de las células de un organismo y han encontrado pruebas de por qué el envejecimiento es «una verdad incontrovertible» y «una propiedad intrínseca de ser multicelular».

Para ello, han simulado el proceso de selección natural, a través del cual los individuos que son más aptos sobreviven con mayor frecuencia que los menos aptos. La idea que trataron de poner a prueba es si se podría evitar el envejecimiento de un organismo complejo si cada una sus células pasara por un fenómeno de selección natural «perfecto» que permitiera «depurar» a todas y cada una de las que son defectuosas o viejas.

Por desgracia, según Masel y Nelson no es posible hacerlo.

Los dos motivos del envejecimiento

El principal impedimento es que el envejecimiento consiste en dos procesos distintos que el organismo no puede frenar a la vez: si bloquease uno, se dispararía el otro, y viceversa. El primero de ellos es la disminución de la velocidad de crecimiento de las células y la pérdida de función de los tejidos: por ejemplo, cuando las células epiteliales envejecen dejan de producir pigmentos y el cabello se blanquea; cuando ocurre lo mismo en el tejido conjuntivo, el organismo deja de regenerar las redes de colágeno y la piel pierde elasticidad y se arruga. El segundo proceso es que algunas células quedan fuera de control y disparan su crecimiento, a veces generando tumores.

No hay forma de frenar ambos fenómenos a la vez: «Si te deshaces de las células que funcionan mal, entonces las células cancerosas proliferan. Pero si te deshaces de las cancerosas, o simplemente las frenas, entonces permites que se acumulen las células defectuosas (…). Puedes hacer una cosa u otra, pero no las dos a la vez», ha dicho Paul Nelson, coautor de la investigación.

«No es nada nuevo que todos vamos a morir; muchas cosas son obvias y muy familiares para todos, pero realmente, ¿por qué envejecemos?», se ha preguntado Masel.

«Nosotros hemos investigado por qué ocurre el envejecimiento, desde la perspectiva de por qué la selección natural no lo ha detenido aún», ha continuado el investigador. La respuesta que ellos han encontrado es que al final, según las matemáticas, tratar de arreglar las cosas solo empeora el proceso.

«Quizás puedas ralentizar el envejecimiento, pero no puedes detenerlo», ha dicho Masel. «Tenemos una demostración matemática de por qué es imposible solucionar los dos problemas (la eliminación de las células defectuosas e impedir el crecimiento de las cancerosas). Puedes arreglar uno pero el otro permanecerá. (…) Y la razón básica es que las cosas se rompen. No importa cuánto lo intentes, no puedes evitarlo».

Quizás no sea un consuelo, pero según este investigador, es algo que todos debemos afrontar: «Es sencillamente algo con lo que lidiar si “quieres” ser un organismo multicelular». A diferencia de ellos, las bacterias son capaces de reparar sus daños en el ADN y cada cierto tiempo se reproducen y generan clones para garantizarse la inmortalidad. Pero, ¿quién querría ser una bacteria?

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Dicen que las matemáticas de la teoría relativista no impide los viajes en el Tiempo, y, sobre el tema, la desbocada imaginación, ha construido cientos de historias más o menos sugestivas con sus paradojas de todo tipo. Lo que realmente creo Yo sobre el tema es que, viajar a un Tiempo que se fue, que no existe (el Pasado se extinguió y solo quedó en el recuerdo),  y, de la misma manera, pretender viajar a un Tiempo por venir, que tampoco existe…

Creo que debe existir una especie de Conciencia Cósmica que impida dichos viajes para que, aberraciones irracionales de los sucesos pasados, no puedan cambiar nunca. Y, transportarse a un Tiempo Futuro, mirar qué número salió en le Euro-millón, volver y ganar el Premio, es como cerrar los ojos y ver a la Humanidad viviendo dentro de 4.000 millones de años en un planeta a 2.300 años luz de la Tierra.

Pero somos así.

 1.956 × 10⁹ J ≈ 1.22 × 10¹⁹ GeV

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En pie contra una subestación eléctrica de Endesa situada junto a tres centros educativos.

Vecinos de Torrox exigen detener las obras de la subestación eléctrica. Temen por consecuencias en la salud, como la leucemia o patologías cardiacas

imientos para asegurarlo, todos apuntan en la misma dirección: El medio ambiente que nos rodea (ambioma), es determinante en la aparición de ciertos trastornos.  Las pruebas más frecuentes están relacionadas con Urbanizaciones y centros escolares situados en zonas de tendidos eléctricos de potente voltaje.  Otras, como la emanación de gases de centros industriales, también están entre las causas más frecuentes de trastornos físicos.  Claro que, las grandes empresas, niegan cualquier incidencia.

Se define como ambioma al conjunto de elementos no genéticos, cambiantes, que rodean el individuo y que contribuyen a conformar el desarrollo y construcción del ser humano y por lo tanto el estado de salud o la aparición de enfermedad.

No podemos cerrar los ojos a esta realidad, esta nueva área de conocimientos, el ambioma, nos llevará a darnos cuenta que tiene ingredientes que influyen, y a veces poderosamente, en el individuo y en su desarrollo a lo largo de su vida, hasta tal punto que, se cree pueda ser el factor determinante para acortarla en el tiempo.

La acción poderosa y nociva que una radiación continuada puede inferir en nuestros frágiles organismos, son incalculables y, no siempre, dichas radiaciones, pueden ser medidas con claridad, no todas las radiaciones gritan su presencia como en el caso de la fisión nuclear:

Es posible comenzar un trabajo con una idea preconcebida y, que dicho trabajo, tome sus propios caminos que, en realidad, vienen a converger siempre en ese punto central que era la idea original, ya que, todo esta conexionado de alguna manera misteriosa.

Empezamos hablando de la mente, de las sensaciones y de la conciencia, del ente sensible y complejo que guardamos en la poderosa “máquina creadora de pensamientos” que todos llevamos sobre los hombros y, estamos tocando temas relacionados que, de alguna manera, inciden en el avance de esa prodigiosa estructura del entendimiento, y de las ideas y sensaciones.

Podríamos poner aquí miles de ejemplos de idas brillantes salidas de mentes humanas.  Sin embargo, me viene a la memoria un titular: “Los descubridores del PEGAMENTO que une la materia ganan el Nobel de Física” (decía un periódico allá por el último trimestre de 2.004).

                           Gross                         Politzer                                  Wilczek

La noticia se refería a David Gross, David Poltczer y Frank Wilczek, los descubridores del funcionamiento de la fuerza que cohesionan a los quarks, las partículas más elementales (de momento), donde ellos hablan de libertad asintítuca y perfeccionan la cromodinámica cuántica.

Cualquiera que haya leído sobre temas de ciencia de la materia, sabe que desde los tiempos de la antigua Grecia hasta el de Einstein, el gran sueño de todos los sabios que han estudiado la naturaleza ha sido una descripción precisa y completa de nuestro Universo, las constantes de la Naturaleza y las fuerzas fundamentales, algo que ya está más cerca gracias al trabajo de estos tres científicos estadounidenses.

Hace más de treinta años que Gross, Politzer y Wilczek desvelaron el enigmático funcionamiento de la llamada interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales que rigen el Universo, y que actúa como un pegamento cósmico para mantener unida la materia.  Su trabajo reveló como los quarks, las diminutas partículas que forman los nucleones de los átomos, interaccionan entre sí para mantenerse unidos.

Las fuerzas que podemos sentir en la vida cotidiana, es decir, la Gravedad y el Electromagnetismo, aumentan con la cercanía: así, cuanto más cerca está un clavo de una imán o una manzana del suelo, más se verán atraídos.  Por el contrario, la interacción fuerte disminuye cuanto más cerca y juntas están las partículas en el interior de los átomos, y, por el contrario de las otras fuerzas, aumenta cuanto más se alejan las unas de las otras.

El descubrimiento de esta extraña propiedad, llamada libertad asintótica, supuso toda una revolución teórica en los años 70 (se publicó en 1.973), pero ya plenamente respaldada por los experimentos en los aceleradores de partículas, aconsejó, a la Academia, conceder 30 años más tarde, el Premio Nobel de Física a sus autores.

“Ha sido un gran alivio.  He estado pensando en ello durante mucho tiempo”, comentó al enterarse de la noticia Franck Wilczek.

“No estaba claro que fuera un adelanto en aquel momento. La teoría que propusimos era descabellada en muchos aspectos y tuvimos que dar muchas explicaciones”, reconoció el investigador.

Tanto Wilczek como Politzer eran aún aspirantes a doctores en 1.973, cuando publicaron su descubrimiento en Physical Review letters.  Junto a su informe, la misma revista incluyó el trabajo de David Gross, que unido al de los dos estudiantes ha dado lugar a la celebrada teoría de la Cromodinámica Cuántica (QCD).

La carga de color de un quark puede tener tres valores diferentes: “rojo”, “verde”, o “azul”; y un anti-quark puede tener tres “anti-colores” diferentes, en ocasiones llamados “anti-rojo”, “anti-verde” y “anti-azul” (a veces representados por cian, magenta y amarillo).

Siguiendo una arraigada costumbre de la Física de partículas, los investigadores emplearon nombres comunes y desenfadados para señalar sus nuevos descubrimientos y llamaron “colores” a las intrincadas propiedades de los quarks.

Por ello, su teoría es conocida en la actualidad por el nombre de Cromodinámica (cromo significa “color” en griego), a pesar de que no tienen nada que ver con lo que entendemos y llamamos color en nuestra vida cotidiana, sino con el modo en que los componentes del núcleo atómico permanecen unidos.  En este sentido, resulta mucho más intuitiva, aunque no menos divertida, la denominación de las partículas que hacen posible la interacción fuerte, llamadas gluones (glue es “pegamento” en inglés).

Al igual que en la teoría electromagnética, las partículas pueden tener carga positiva o negativa, los componentes más diminutos del núcleo atómico pueden ser rojos, verdes o azules.

Además, de manera análoga a como las cargas opuestas se atraen en el mundo de la electricidad y el magnetismo, también los quarks de distinto color se agrupan en tripletes para formar protones y neutrones del núcleo atómico.

Pero estas no son las únicas similitudes, ni siquiera las más profundas, que existen entre las distintas fuerzas que rigen el Universo. De hecho, los científicos esperan que, en última instancia, todas las interacciones conocidas sean en realidad la manifestación variada de una sola fuerza que rige y gobierna todo el cosmos.

Según la Academia Sueca, el trabajo premiado a estos tres Físicos, “constituye un paso importante dentro del esfuerzo para alcanzar la descripción unificada de todas las fuerzas de la Naturaleza”.  Lo que llamamos teoría del todo.

Los Quarks están sujetos y confinados en un mar de gluones

Según Frank Wiczek, que ahora pertenece al Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), su descubrimiento “reivindica la idea de que es posible comprender a la Naturaleza racionalmente”.  El físico también recordó que “fue una labor arraigada en el trabajo experimental, más que en la intuición”, y agradeció “a Estados Unidos por un sistema de enseñanza pública que tantos beneficios me ha dado”.

Sabemos que los quarks (hasta el momento) son las partículas más elementales del núcleo atómico donde forman protones y neutrones.  La interacción fuerte entre los quarks que forman el protón es tan intensa que los mantiene permanentemente confinados en su interior, en una región muy pequeña dentro del núcleo. Y, allí, la fuerza crece con la distancia, si los quarks tratan de separarse, la fuerza aumenta (confinamiento de los quarks), si los quarks están juntos los unos a los otros, la fuerza decrece (libertad asintótica de los quarks).  Nadie ha sido capaz de arrancar un quak libre fuera del protón.

Con aceleradores de partículas a muy altas energías, es posible investigar el comportamiento de los quarks a distancias muchos más pequeñas que el tamaño del protón.

Así, el trabajo acreedor al Nobel demostró que la fuerza nuclear fuerte actúa como un muelle de acero, si lo estiramos (los quarks se separan), la fuerza aumenta, si lo dejamos en reposo, en su estado natural, los anillos juntos (los quarks unidos), la fuerza es pequeña.

Así que la Cromodinámica Cuántica (QCD) describe rigurosamente la interacción fuerte entre los quarks y, en el desarrollo de esta teoría, como se ha dicho, jugaron un papel fundamental los tres ganadores del Nobel de Física de 2004.

Trabajos y estudios realizados en el acelerador LEP del CERN durante la década de los 90 han hecho posible medir con mucha precisión la intensidad de la interacción fuerte en las desintegraciones de las partículas z y t, es decir a energías de 91 y 1’8 Gev, los resultados obtenidos están en perfecto acuerdo con las predicciones de ACD, proporcionando una verificación muy significativa de libertad asintótica.

                               ====== Mini Big Bang a 100 metros bajo tierra ======

Habiendo mencionado el CERN (Centro Europeo de Investigación Nuclear.), me parece muy oportuno recordar aquí que acabó de ponerse en marcha hace ua algún tiempo el LHC (el Gran colisionador de Hadrones), el acelerador de partículas más grande del mundo. Las pruebas llevadas a cabo han sido varias y a distintas energías, alcanzando los 7 TeV. De momento, no sabemos si realmente encontró lo que buscaba.

Simular el nacimiento del Universo no resulta nada sencillo.  Primero hay que excavar un túnel subterráneo de 100 m. de profundidad, en cuyo interior se debe construir un anillo metálico de 27 kilómetros enfriado por imanes superconductores cuya función es mantener una temperatura bastante fuera, nada menos que 271 grados bajo cero.

Imanes de nueva generación impulsan la actualización del Gran Colisionador de Hadrones.

En el CERN, la Cadena IT (Inner Triplet), una instalación de pruebas única, ha sido el centro de estas innovaciones. La prueba de los imanes cuadrupolares superconductores, fabricados con niobio-estaño, representa un avance crucial. Estos imanes son capaces de generar campos magnéticos de hasta 11,3 teslas, una mejora significativa frente a los imanes actuales de niobio-titanio, que generan un campo de 8,6 teslas con temperaturas muy elevadas bajo cero.

Los nuevos imanes del LHC de alta luminosidad generan campos magnéticos de 11,3 teslas.

A continuación, hay que añadir a la ecuación dos puñados de protones, lanzados al vacío de este tubo subterráneo en direcciones opuestas, y a una velocidad inimaginable que prácticamente debe rozar la velocidad de c. la velocidad de la luz en el vacío.  Es solo entonces cuando los múltiples colisiones de partículas que se produzcan en el interior del anillo producirán condiciones que existían inmediatamente después del Big Bang, ese descomunal estallido cósmico que dio el pistoletazo de salida para el surgimiento de nuestro mundo y de la via inteligente a partir de esta materia inerte creada y evolucionada después en las estrellas.

En el corazón de la cordillera del Jura, justo en la frontera entre Francia y Suiza, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), llevó a cabo la construcción de esta maravilla que, cuando se finalice de instalar todos los componentes de esta faraónica obra científica (cuyo coste está ya en 40.000 millones de euros y se ha tardado 15 años en construirse), unos 10.000 investigadores de 500 instituciones académicas y empresas esperan descubrir nuevas claves sobre la naturaleza de la materia y los ladrillos fundamentales de las que se compone el Universo. Hace unos pocos días que finalizó su puesta a punto y comenzó su esperada puesta en marcha.

¿Podremos encontrar por fin, en 2.008, cuando funcione este Gran Acelerador de Hadrones, esa esperada y soñada partícula, a la que algunos han llegado a llamar La “Partícula Divina”, conocida por partícula de Higgss y que se tiene por la partícula que proporciona las masas a todas las demás ?

Este acelerador tan largamente esperado, ha comenzado a funcionar en 2.008 y, las partículas que se inyecten en su interior colisionaran aproximadamente seiscientos millones de veces por segundo, desencadenando la mayor cantidad de energía jamás observada en las condiciones de un laboratorio, aunque aun estará muy alejada de la energía necesaria para comprobar la existencia de las cuerdas vibrantes.  Pero eso sí nos dejará ver otras partículas nuevas hasta ahora esquivas, pertenecientes al grupo más elemental de los componentes de la materia.

El LHC ha producido ya tantos datos que necesitan una pila de CD de 20 km. de altura para almacenar tanta información generada por los experimentos y, una legión de físicos para estudiar resultados, será fascinante.

El trabajo que se lleva a cabo en el CERN constituye una contribución muy importante al conocimiento de la Humanidad para comprender el mundo que nos rodea.

                 Todo es materia que es lo mismo que decir que son Quarks y Leptones

La pregunta clave: ¿De qué se compone la materia de nuestro Universo? Y ¿Cómo llegó a convertirse en lo que es?

Es increíble el logro de conocimiento y tecnología que el hombre tiene conquistado a principios del siglo XXI, este mismo artilugio al que llaman acelerador LHC, es la mejor prueba de ello: Por ejemplo, los sistemas criogénicos que deben mantener ese inimaginable frío de 271 grados bajo cero o los campos electromagnéticos que deben asegura que la aceleración de los haces de partículas las recorran los 27 km del anillo subterráneo a un 99’99% de la velocidad de la luz.

Si todo sale como está previsto y se cumplen todas las expectativas de los científicos, se calcula que cada segundo, un protón dará 11.245 vueltas al anillo del LHC.  Teniendo en cuenta que cada haz de estas partículas tendrá una duración de 10 horas, se estima que recorrerá un total de 10.000 millones de kilómetros (suficiente para llegar a Neptuno y volver).

La energía requerida por el haz de protones a viajar por el acelerador es el equivalente a un coche viajando a 1 .600 km/h por el carril rápido de una autopista imposible, o la cantidad de energía almacenada en los imanes superconductores que mantendrán la temperatura a-271° sería suficiente para derretir 50 toneladas de cobre.

El LHC está dividido en 8 sectores de 3’3 km cada uno, y, de momento, sólo se ha logrado el enfriamiento de uno de los sectores a la temperatura necesaria para llevar a cabo las colisiones que simularán, en miniatura, las condiciones del Big Bang.

El Bosón de Higgss, el tesoro más buscado, será el premio.  Una partícula que predice el modelo teórico actual de la Física, pero para el que hasta ahora no existe evidencia alguna.  Se supone que este “ladrillo” fundamental del cosmos (cuyo nombre proviene del físico escocés que propuso su existencia en 1.964, Peter Higgss) es crucial para comprender cómo la materia adquiere su masa.

John Ellis, uno de los investigadores del CERN, ha dicho: ²si no encontramos la partícula de Higgs, esto supondría que todos los que nos dedicamos a la Física teórica llevamos 35 años diciendo tonterías”.

Espero que no sea así y que la dichosa partícula aparezca.  Herman Tey Kate, otro físico del CERN, se atreve a predecir que, la partícula de Higgs aparecerá antes de que pasen los 12 meses a partir del comienzo de la búsqueda en  2.008.

Creo que me he extendido demasiado en el ejemplo, cuando me introduzco en temas de Física se me va el santo al cielo, pero estamos tratando sobre nosotros y la manera en que evolucionamos para adquirir los conocimientos y sensaciones que tenemos.

Emilio Silvera Vázquez

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Una vez que se ha puesto orden entre las numerosas especies de partículas, se puede reconocer una pauta. Igual que Dimitri Ivanovich Mendeleev descubrió el sistema periódico de los elementos químicos en 1869, así también se hizo visible un sistema similar para las partículas. Esta pauta la encontraron independientemente el americano Murray Gell-Mann y el israelí Yuval Ne’eman. Ocho especies de mesones, todos con el mismo espín, u ocho especies de bariones, con el mismo espín, se podían reagrupar perfectamente en grupos que llamaremos multipletes. El esquema matemático correspondiente se llama SU(3). Grupletes de ocho elementos forman un octete “fundamental”. Por esta razón Gell-Mann llamó a esta teoría el “óctuplo camino”. Lo tomó prestado del budismo de acuerdo con el cual el camino hacia el nirvana es el camino óctuplo.

Pero las matemáticas SU(3) también admiten multipletes de diez miembros. Cuando se propuso este esquema se conocían nueve bariones con espín 3/2. Los esquemas SU(3) se obtienen al representar dos propiedades fundamentales de las partículas, la extrañeza S frente al iso-espín I₃ , en una gráfica.

La cámara de burbujas es un detector de partículas cargadas eléctricamente. La cámara la compone una cuba que contiene un fluido transparente, generalmente hidrógeno líquido, que está a una temperatura algo más baja que su temperatura de ebullición. Una partícula cargada deposita la energía necesaria para que el líquido comience a hervir a lo largo de su trayectoria, formando una línea de burbujas.

Las partículas cargadas van dejando una huella que se marca para poder comprobarla

Cuando las partículas entran en el compartimento, un pistón disminuye repentinamente la presión dentro del compartimiento. Esto causa que el líquido pase a un estado sobrecalentado, en el cual un efecto minúsculo, tal como el paso de una partícula cargada cerca de un átomo, es suficiente para originar la burbuja de líquido vaporizado. Esta traza puede fotografiarse, pues la cámara tiene en su parte superior una cámara fotográfica. La cámara se somete a un campo magnético constante, lo cual hace que las partículas cargadas viajen en trayectorias helicoidales cuyo radio queda determinado por el cociente entre la carga y la masa de la partícula. De esta manera se pueden obtener la masa y la carga de las partículas que entran en la cámara. Sin embargo, no hay manera de medir con eficacia su velocidad (con lo cual se podría determinar su energía cinética).

Imagen de trazas en la cámara de burbujas del primer evento observado incluyendo bariones Ω, en el Laboratorio Nacional Brookhaven. Dependiendo de su masa y tamaño las partículas producen distintos remolinos en la cámara de burbujas.

De esta manera, Gell-Mann predijo un décimo barión, el omega-menos (Ω^–), y pudo estimar con bastante precisión su masa porque las masas de los otros nueve bariones variaban de una forma sistemática en el gráfico (también consiguió entender que las variaciones de la masa eran una consecuencia de una interacción simple). Sin embargo, estaba claro que la ^Ω-, con una extrañeza S = -3, no tenía ninguna partícula en la que desintegrarse que no estuviera prohibida por las leyes de conservación de la interacción fuerte. De modo que, la ^Ω- sólo podía ser de tan sólo 10¯²³ segundos como los demás miembros del multiplete, sino que tenía que ser del orden de 10¯¹⁰ segundos. Consecuentemente, esta partícula debería viajar varios centímetros antes de desintegrarse y esto la haría fácilmente detectable. La Ω¯ fue encontrada en 1964 con exactamente las mismas propiedades que había predicho Gell-Mann.

Se identificaron estructuras multipletes para la mayoría de los demás bariones y mesones y Gell-Mann también consiguió explicarlas. Sugirió que los mesones, igual que los bariones, debían estar formados por elementos constitutivos “más fundamentales aún”. Gell-Mann trabajaba en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena (CalTech), donde conversaba a menudo con Richard Feynman. Eran ambos físicos famosos pero con personalidades muy diferentes. Gell-Mann, por ejemplo, es conocido como un entusiasta observador de Pájaros, familiarizado con las artes y la literatura y orgulloso de su conocimiento de lenguas extranjeras.

A comienzos de los años sesenta, un profesor del Instituto de Tecnología de California (Caltech) imparte un curso completo de física ante una cada día más numerosa. Su nombre: Richard Feynman

Feynman fue un hombre hecho a sí mismo, un analista riguroso que se reía de cualquier cosa que le recordara la autoridad establecida. Hay una anécdota que parece no ser cierta de hecho, pero que me parece tan buena que no puedo evitar el contarla; podía haber sucedido de esta forma. Gell-Mann le dijo a Feynman que tenía un problema, que estaba sugiriendo un nuevo tipo de ladrillos constitutivos de la materia y que no sabía qué nombre darles. Indudablemente debía haber de haber pensado en utilizar terminología latina o griega, como ha sido costumbre siempre en la nomenclatura científica. “Absurdo”, le dijo Feynman; “tú estás hablando de cosas en las que nunc ase había pensado antes. Todas esas preciosas pero anticuadas palabras están fuera de lugar. ¿Por qué no los llamas simplemente “shrumpfs”, “quacks” o algo así?”.

Los pequeños componentes de la materia ordinaria

Cuando algún tiempo después le pregunté a Gell-Mann, éste negó que tal conversación hubiera tenido lugar. Pero la palabra elegida fue quark, y la explicación de Gell-Mann fue que la palabra venía de una frase de Fynnegan’s Wake de James Joyce; “¡Tres quarks para Muster Mark!”. Y, efectivamente así es. A esas partículas les gusta estar las tres juntas. Todos los bariones están formados por tres quarks, mientras que los mesones están formados por un quark y un anti-quark.

Los propios quarks forman un grupo SU(3) aún más sencillo. Los llamaremos “arriba (u)”, “abajo” (d), y “extraño” (s). Las partículas “ordinarias” contienen solamente quarks u y d. Los hadrones “extraños” contienen uno o más quarks s (o antiquarks ŝ).

La composición de quarks de espín 3/2 se puede ver en cualquier tabla de física.. La razón por la que los bariones de espín ½ sólo forman un octete es más difícil de explicar. Está relacionada con el hecho de que en estos estados, al menos dos de los quarks tienen que ser diferentes unos de otros.

Junto con los descubrimientos de los Hadrones y de sus componentes, los Quarks, durante la primera mitad del sigo XX, se descubrieron otras partículas. Los Hadrones forman dos ramas, los mesones formados por dos qiuarks y los bariones por tres.

Realmente, la idea de que los hadrones estuvieran formados por ladrillos fundamentales sencillos había sido también sugerida por otros. George Zweig, también en el Cal Tech, en Pasadena, había tenido la misma idea. Él había llamado a los bloques constitutivos “ases!, pero es la palabra “quark” la que ha prevalecido. La razón por la que algunos nombres científicos tienen más éxito que otros es a veces difícil de comprender.

Pero en esta teoría había algunos aspectos raros. Aparentemente, los quarks (o ases) siempre existen en parejas o tríos y nunca se han visto solos. Los experimentadores habían intentado numerosas veces detectar un quark aislado en aparatos especialmente diseñados para ello, pero ninguno había tenido éxito.

Loa quarks –si se pudieran aislar- tendrían propiedades incluso más extrañas. Por ejemplo, ¿Cuáles serían sus cargas eléctricas? Es razonable suponer que tanto los quarks u como los quarks s y d deban tener siempre la misma carga. La comparación de la tabla 5 con la tabla 2 sugiere claramente que los quarks d y s tienen carga eléctrica -1/3 y el quark u tiene carga +2/3. Pero nunca se han observado partículas que no tengan carga múltiplo de la del electrón o de la del protón. Si tales partículas existieran, sería posible detectarlas experimentalmente. Que esto haya sido imposible debe significar que las fuerzas que las mantienen unidas dentro del hadrón son necesariamente increíblemente eficientes.

Todos sabemos que los Lepotines son: El elentrón, el Muón y la partícula Tau y, cada una de ellas tiene su tipo de neutrino: el electrónico, el muónico y el tauónico.

Aunque con la llegada de los quarks se ha clarificado algo más la flora y la fauna de las partículas subatómicas, todavía forman un conjunto muy raro, aún cuando solamente unas pocas aparezcan en grandes cantidades en el universo (protones, neutrones, electrones y fotones). Como dijo una vez Sybren S. de Groot cuando estudiaba neutrinos, uno realmente se enamora de ellos. Mis estudiantes y yo amábamos esas partículas cuyo comportamiento era un gran misterio. Los leptones, por ser casi puntuales, son los más sencillos, y por tener espín se ven afectados por la interacción que actúa sobre ellos de forma muy complicada, pero la interacción débil estaba bastante bien documentada por entonces.

Los hadrones son mucho más misteriosos. Los procesos de choque entre ellos eran demasiado complicados para una teoría respetable. Si uno se los imagina como pequeñas esferas hachas de alguna clase de material, aún quedaba el problema de entender los quarks y encontrar la razón por la que se siguen resistiendo a los intentos de los experimentadores para aislarlos.

Emilio Silvera Vázquez

Si queréis saber más sobre el tema, os recomiendo leer el libro Partículas de Gerard ´t Hooft

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No pocas veces nos han explicado lo que pasaría cerca de un objeto masivo

La gravedad y el magnetismo son dos fuerzas que pueden parecer similares a primera vista, sin embargo, éstas se manejan bajo principios completamente distintos, aunque estén relacionados entre sí. Mientras que la fuerza de gravedad ve su origen en la masa de los cuerpos y funciona con un nivel de aceleración, el magnetismo se origina desde la energía eléctrica. El magnetismo no influye sólo en la energía, también tiene cabida en otros temas como la química, ya que está presente en la unión de los átomos, la formación de moléculas y los diferentes estados de la materia.

Fuente: Diferencia entre gravedad y magnetismo
https://gravedad.net/diferencia-entre-gravedad-y-magnetismo

Las fuerzas que podemos sentir en la vida cotidiana, es decir, la Gravedad y el electromagnetismo, aumentan con la cercanía: así, cuando más cerca está un clavo de un imán o una manzana del suelo, más se verán atraídos.

Por el contrario, la interacción fuerte, encargada de mantener estable el núcleo de los átomos,  disminuye cuanto más cerca y juntas están las partículas en el interior de los átomos, aumentando cuando las partículas se alejan las unas de las otras. Si los Quarks que forman los protones y también los neutrones, están juntos, la fuerza es débil. Sin embargo, cuando los Quarks se quieren separar los unos de los otros, los Gluones los agarran con la fuerza más poderosa del Universo y los mantiene confinados en su sitio para que la estabilidad atómica sea posible.

La libertad asintótica:

Es en el límite de distancias pequeñas entre quarks o, equivalentemente, de altas energías, que los quarks interactúan débilmente entre sí. La interacción fuerte puede estudiarse aproximada-mente en el límite de altas energías.

El descubrimiento de esta extraña propiedad, llamada libertad asintótica, supuso toda una revolución teórica en los años 70 (se publicó en 1.973), pero ya plenamente respaldada por los experimentos en los aceleradores de partículas, aconsejó, a la Academia, conceder 30 años más tarde, el Premio Nobel de Física a sus autores.

“Ha sido un gran alivio.  He estado pensando en ello durante mucho tiempo”, comentó al enterarse de la noticia Franck Wilczek, uno de los tres premiados.

“No estaba claro que fuera un adelanto en aquel momento. La teoría que propusimos era descabellada en muchos aspectos y tuvimos que dar muchas explicaciones”, reconoció el investigador.”

Tanto Wilczek como Politzer eran aun aspirantes a doctores en 1.973, cuando publicaron su descubrimiento en Physical Review letters.  Junto a su informe, la misma revista incluyó el trabajo de David Gross, que unido al de los dos estudiantes ha dado lugar a la celebrada teoría de la Cromodinámica Cuántica (QCD).

                  La fuerza nuclear fuerte

Siguiendo una arraigada costumbre de la Física de partículas, los investigadores emplearon nombres comunes y desenfadados para señalar sus nuevos descubrimientos y llamaron “colores” a las intrincadas propiedades de los quarks.

Por ello, su teoría es conocida en la actualidad por el nombre de Cromodinámica (cromo significa “color” en griego), a pesar de que no tienen nada que ver con lo que entendemos y llamamos color en nuestra vida cotidiana, sino con el modo en que los componentes del núcleo atómico permanecen unidos.  En este sentido, resulta mucho más intuitiva, aunque no menos divertida, la denominación de las partículas que hacen posible la interacción fuerte, llamadas gluones (glue es “pegamento” en inglés).

Al igual que en la teoría electromagnética, las partículas pueden tener carga positiva o negativa, los componentes más diminutos del núcleo atómico pueden ser rojos, verdes o azules.

Además, de manera análoga a como las cargas opuestas se atraen en el mundo de la electricidad y el magnetismo, también los quarks de distinto color se agrupan en tripletes para formar protones y neutrones del núcleo atómico.

Pero estas no son las únicas similitudes, ni siquiera las más profundas, que existen entre las distintas fuerzas que rigen el Universo. De hecho, los científicos esperan que, en última instancia, todas las interacciones conocidas sean en realidad la manifestación variada de una sola fuerza que rige y gobierna todo el cosmos.

Según la Academia Sueca, el trabajo premiado a estos tres Físicos, “constituye un paso importante dentro del esfuerzo para alcanzar la descripción unificada de todas las fuerzas de la Naturaleza”.  Lo que llamamos teoría del todo.

Según Frank Wiczek, que ahora pertenece al Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), su descubrimiento “reivindica la idea de que es posible comprender a la Naturaleza racionalmente”.  El físico también recordó que “fue una labor arraigada en el trabajo experimental, más que en la intuición”, y agradeció “a Estados Unidos por un sistema de enseñanza pública que tantos beneficios me ha dado”.

Sabemos que los quarks (hasta el momento) son las partículas más elementales del núcleo atómico donde forman protones y neutrones.  La interacción fuerte entre los quarks que forman el protón es tan intensa que los mantiene permanentemente confinados en su interior, en una región ínfima. Y, allí, la fuerza crece con la distancia, si los quarks tratan de separarse, la fuerza aumenta (confinamiento de los quarks), si los quarks están juntos los unos a los otros, la fuerza decrece (libertad asintótica de los quarks).  Nadie ha sido capaz de arrancar un quark libre fuera del protón.

Con aceleradores de partículas a muy altas energías, es posible investigar el comportamiento de los quarks a distancias muchos más pequeñas que el tamaño del protón.

Así, el trabajo acreedor al Nobel demostró que la fuerza nuclear fuerte actúa como un muelle de acero, si lo estiramos (los quarks se separan), la fuerza aumenta, si lo dejamos en reposo, en su estado natural, los anillos juntos (los quarks unidos), la fuerza es pequeña.

Así que la Cromodinámica Cuántica (QCD) describe rigurosamente la interacción fuerte entre los quarks y, en el desarrollo de esta teoría, como se ha dicho, jugaron un papel fundamental los tres ganadores del Nobel de Física de 2004 cuyas fotos y nombres hemos puesto antes.

Trabajos y estudios realizados en el acelerador LEP del CER durante la década de los 90 han hecho posible medir con mucha precisión la intensidad de la interacción fuerte en las desintegraciones de las partículas z y t, es decir a energías de 91 y 1,8 Gev, los resultados obtenidos están en perfecto acuerdo con las predicciones de ACD, proporcionando una verificación muy significativa de libertad asintótica.

Ahora, estamos a la espera de utilizar la más alta energía jamás empleada en un Acelerador y, el LHC, se prepara para los 8 TeV que, ya veremos que nos podrá traer si, el Bosón de Higgs del que ya han podido atisbar algunos indicios o, por el contrario, partículas exóticas que, como los hipotéticos axiones nos lleven a otras teorías.

Emilio Silvera Vázquez

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