• Comparación cotidiana: Una sola cucharadita de té con materia de una estrella de neutrones puede pesar cerca de mil millones de toneladas. 

• Tamaño reducido: Concentran una masa superior a la del Sol en una esfera de apenas unos 20 kilómetros de diámetro, comparable al tamaño de una ciudad. 

• Origen extremo: Se forman cuando el núcleo de una estrella gigante colapsa al final de su vida, forzando a los electrones y protones a unirse en neutrones y eliminando el espacio vacío de los átomos. 

ESTABILIDAD DE LA MATERIA EXTRAÑA, Y POSIBLES ESTRELLAS DE QUARKS.

“Hipotético tipo de estrella exótica de inmensa densidad que está hecha de materia conformada por Quarks”

La Hipótesis de estrella de Quarks (EQs) podrían responder a muchos interrogantes surgidos a partir de observaciones astrofísicas que no coinciden con los modelos canónicos teóricos de las Estrellas de Neutrones ( ENs ). Decimos que son hipotéticas porque se conjetura que estarían formadas por Materia Extraña ( ME ). La comunidad astrofísica espera evidencias observacionales que permitan diferenciarlas de las ENs, ya que podrían explicar un conjunto de observaciones astronómicas que aún resultan una incógnita. Es sabido que una EN es el remanente del colapso de una estrella masiva. El colapso de la estrella, la supernova, da lugar a un núcleo compacto hiperdenso de hierro y otros metales pesados que sigue comprimiéndose y calentándose. Su densidad continúa aumentando, dando lugar a una “neutronización“ (recombinación de electrones con protones que resultan en neutrones) y el gas degenerado de neutrones frena el colapso del remanente.

Una EQ, a diferencia de una EN, no se originaría necesariamente de una evolución estelar después del agotamiento del combustible nuclear de una estrella normal. Sería, probablemente, producto de la transición de fase hadrón-quark a altísima densidad. La Cromodinámica Cuántica (CDC), la Teoría de las Interacciones Fuertes que ocurren dentro de los nucleones (protones y neutrones), concibe teóricamente la idea de la transición de fase hadrón-quark a temperaturas y/ o densidades extremadamente altas con el consecuente desconfinamiento de quarks y gluones, que formarían una especie de “sopa “. Sin embargo, los quarks libres no se han encontrado aún, en uno u otro límite, en ningún experimento terrestre.

La “sopa“ que mencionamos antes, se conoce como Plasma Quark-Gluón ( PQG ). En el límite de altas temperaturas, el PQG está tratando de obtenerse en el laboratorio y existen fuertes indicios de que se logre con éxito experimentos de altas energías como el Colisionador Relativista de Iones Pesados (conocido por sus siglas en ingles como RHIC) de Brookhaven, New York.

Por otro lado, se espera que a través de observaciones astronómicas se compruebe que la transición a altas densidades se hubiese producido en el interior de alguna EN. Esto se debe a que los valores de densidades estimados para que dicha transición tuviese lugar coinciden con densidades del orden de (3 exp. – 12) ρ0 (siendo ρ0 ̃ 0, 17 fmˉ ³ la densidad de equilibrio nuclear) que son típicas del interior de las ENs. Los cálculos basados en diferentes ecuaciones de estado de la materia nuclear muestran estos resultados, por lo que sería razonable que el núcleo de las ENs estuviese formado por materia de quarks.

Recientemente, la relación entre campo magnéticos y materia densa está atrayendo la atención de los astrofísicos, especialmente después de las observaciones de emisiones peculiares de pulsares anómalos de rayos X, que se interpretan como ENs en rotación, y de emisiones de radiación γ de baja energía de los llamados repetidores de rayos γ suaves ( SGRs – soƒt gamma-ray repeaters ). El motor central de esas radiaciones podría ser un campo magnético mayor que 4 x 10¹³ Gauss, que es el campo crítico previsto por la Electrodinámica Cuántica.

Muchas observaciones astronómicas indirectas sólo se explicarían a través de la existencia de campos magnéticos muy intensos en los núcleos de ENs  en EQs, de manera que el papel que juega el campo magnético en la ME aún constituye un problema abierto y de sumo interés en la Astrofísica.

En particular, en un trabajo reciente, se ha analizado la ME considerando neutralidad de carga, equilibrio β y conservación del número bariónico. En dicho trabajo se obtuvo una cota superior para el valor del campo magnético que determina una transición de fase cuya explicación requiere ser estudiada en profundidad ya que sería independiente de la interacción fuerte entre los quarks. También se ha comprobado que la presencia de de campos magnéticos intensos favorece la estabilidad de la ME.

Por otro lado, estudios teóricos han demostrado que si la materia es suficientemente densa, la materia de quarks deconfinada podría estar en un estado superconductor de color. Este estado estaría formado por pares de quarks, análogos a los pares de Cooper (constituidos por electrones) existentes en los superconductores ordinarios.

Los quarks, a diferencia de los electrones, poseen grados de libertad asociados con el color, el sabor y el espín. Por este motivo, dependiendo del rango de densidades en el cual estamos trabajando, algunos patrones de apareamiento pueden verse favorecidos generando la aparición de distintas fases superconductoras de color. Según estudios teóricos, la fase superconductora más favorecida a densidades extremadamente altas sería la Color Flavor Locked (CFL), en la cual los quarks u, d y s poseen igual momento de Fermi, y en el apareamiento participan los tres colores y las dos proyecciones de espín de cada uno de ellos. Estudios recientes sobre la fase CFL han incluido los efectos de campos magnéticos intensos, obteniendo que bajo determinadas condiciones el gas superconductor, que corresponde a la separación entre bandas de energía en el espectro fermiónico, crece con la intensidad del campo. A esta fase se la llama Magnetic Color Flavor Locked (MCFL).

En la superconductividad electromagnética usual, un campo magnético suficientemente fuerte destruye el estado superconductor. Para la superconductividad de color no existe aún un consenso de cómo, la presencia del campo magnético, podría afectar al apareamiento entre los quarks.

En este trabajo describiremos brevemente la materia extraña, con el objetivo de explicar su formación en el interior de una EN y entender la composición y características de una EQ. Posteriormente, utilizaremos el modelo fenomenológico de bag del Massachussets Institute of Technology (MIT) para encontrar las ecuaciones de estado de la ME en condiciones determinadas, comprobando la estabilidad de la misma, frente a la materia de quarks ordinaria formada sólo por quarks u y d. Presentaremos, además, algunas candidatas posibles a EQs según observaciones astrofísicas. Por último, trataremos de entender la superconductividad de color y la influencia del campo magnético intenso en las fases superconductoras.

Materia de Quarks:

Uno de los mayores logros alcanzados por los físicos en el último siglo, fue la construcción del Modelo Estándar en la física de partículas elementales. Este modelo sostiene que la materia en el Universo está compuesta por fermiones, divididos en quarks y leptones, que interactúan a través de los llamados bosones de calibre: el fotón (interacción electromagnética), los bosones W± y Zº (interacción débil), y 8 tipos de gluones (interacción fuerte). Junto con los bosones de calibre, existen tres generaciones de fermiones: ( v e, e ), u, d ); ( vµ, µ ), ( c, s ) ; ( v….); y sus respectivas antipartículas. Cada “ sabor “ de los quarks, up ( u ), down ( d ), charme ( c ), strange ( s , top ( t ) y bottom ( b), tiene tres colores ( el color y el sabor son números cuánticos ). La partícula que aún no ha sido descubierta experimentalmente es el bosón de Higgs, que cabe suponer sería responsable del origen de la masa de las partículas.”

                                         Estados de Conciencia ¿Dónde están sus niveles

La Naturaleza de la Mente es el misterio más profundo de la Humanidad, se trata, además, de un enigma de proporciones gigantescas, que se remonta a milenios atrás, y que se extiende desde el centro del cerebro hasta los confines del Universo.

                              Tenemos conciencia de dónde estamos

Es un secreto que provocó vértigo y depresión en alguna de las mentes más preclaras de algunos de los filósofos y pensadores más grandes que en el mundo han sido. Sin embargo, este amplio vacío de ignorancia está, ahora, atravesado, por varios rayos de conocimiento que nos ayudará a comprender cómo se regula la energía mental. Hay personajes, como nuestro contertulio, de Argentina, Antonio Salguero que, con más o menos acierto, se preocupan por este misterio, y, al menos, exponen ideas nuevas y originales que… ¡Quién sabe…!

Vaya por delante que, son muchas las preguntas que no sabemos contestar: ¿Es la materia inerte? ¿Es posible que pueda evolucionar hacia la consciencia y los pensamientos? ¿Es como dice Salguero, una dualidad mental en la que están presentes dimensiones extra, y, la mecánica cuántica, o, partículas subatómicas, intervienen en un proceso desconocido, pero que está con nosotros?

El cerebro tiene una actividad permanente y tratamos de comprender sus mecanismos

Aunque puede que no sepamos que es la Mente, sabemos algunas cosas sobre el cerebro. Está formado por una red, una increíble maraña de “cables” eléctricos que serpentean a través de una gran cantidad de “sustancias” neuroquímicas.

Existen quizás cien mil millones de neuronas en el cerebro humano, tantas como estrellas hay en la Vía Láctea, y, cada una de ellas recibe datos eléctricos de alrededor de mil neuronas, además de estar en contacto y en comunicación con unas cien mil neuronas más.

El suministro de datos que llega en forma de multitud de mensajes procede de los sentidos, que detectan el entorno interno y externo, y luego envía el resultado a los músculos para dirigir lo que hacemos y decimos. Así pues, el cerebro es como un enorme ordenador que realiza una serie de tareas basadas en la información que le llega de los sentidos. Pero, a diferencia de un ordenador, la cantidad de material que entra y sale parece poca cosa en comparación con la actividad interna. Seguimos pensando, sintiendo y procesando información incluso cuando cerramos los ojos y descansamos.

Es bien conocido y ha sido mil veces comprobado, el hecho de que, mientras dormimos, nuestras mentes siguen trabajando y las ideas bullen dentro del cerebro, e, incluso, no pocas veces, nos despiertan sobresaltados si el tema tratado es inquietante. Los pensamientos que el cerebro genera, durante todo el tiempo de nuestras vidas, están surgiendo como el producto inmaterial de una Mente prodigiosa que nos acompaña desde que nacemos y que toma consciencia en los primeros meses de nuestra niñez, a partir de esos momentos, va tomando forma y crece de manera exponencial: A más conocimientos más grande será la Mente para comprender el mundo que la rodea y el Universo al que pertenece.

Ramón y Cajal plasmó de manera exacta en estos dibujos lo que llevamos en el cerebro

La unidad a partir de la cual se configuran todas las fabulosas actividades del cerebro es una célula del mismo, la neurona. Las neuronas son unas células fantásticamente ramificadas y extendidas, pero diminutas.

La hipótesis neuronal de las células anatómicamente separadas se estableció cuando Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) modificó el método cromo-argéntico de Golgi y lo utilizó en una serie magistral de experimentos. Aunque Golgi y Ramón y Cajal compartieron el premio Nobel en 1906, siguieron siendo rivales encarnizados hasta el final.

Si todas las neuronas del cerebro, los cien mil millones, están anatómicamente separadas unas de otras, ¿Cómo podían los mensajes eléctricos que pasaban a través de cada una de ellas saltar de una neurona a la siguiente?. La respuesta es que no saltan sino que hacen otra cosa, y esto tiene una importancia fundamental en relación con el modo en que funciona el cerebro.

El descubrimiento fue realizado por Otto Loewi, cuando trabajaba en Australia durante la década de 1920. Loewei estaba trabajando con la transmisión neuronal del cerebro al corazón a través del nervio vago. Aisló el corazón de una rana con el nervio vago intacto, y demostró que la estimulación del nervio hacía que los latidos del corazón fueran más lentos. Pero él quería saber cómo se transmitía al corazón el mensaje eléctrico que transporta el nervio vago. ¿Se trataba de una conexión eléctrica o química, o de alguna otra cosa diferente? La clave estaba en una solución química que bañaba el corazón después de la estimulación del nervio vago que como consecuencia segregaba esta sustancia química que hacía de intermediaria en la transmisión del mensaje desde una célula a la siguiente.

        El cerebro es una máquina más potente de lo que podemos comprender

Por lo tanto, los impulsos eléctricos nerviosos pasan a los extremos de las neuronas, donde la llegada del impulso hace que la terminación nerviosa libere una sustancia química (un neurotransmisor), que cruza el estrecho espacio que hay entre dos neuronas (la sinapsis), y entonces la sustancia química actúa sobre la segunda neurona para modificar su capacidad de emitir , a su vez, impulsos nerviosos. Cada neurona liberará sólo un tipo de neurotransmisor (habitualmente), pero lo liberará hacia muchas neuronas diferentes.

La Sinapsis es el espacio entre el extremo de una neurona y otra célula. Los impulsos nerviosos se transmiten habitualmente a la célula vecina por medio de sustancias químicas que se llaman neurotransmisores. La neurona libera los neurotransmisores y otra célula del otro lado de la sinapsis los recibe.

Existen dos neurotransmisores principales en el cerebro: el glutamato y el GABA. El glutamato actúa sobre la segunda neurona para aumentar la probabilidad de que emita un impulso nervioso (por lo que es un transmisor excitante), mientras que el GABA actúa para disminuir la probabilidad de que lo emita (luego es un transmisor inhibidor).

Constantemente recorre nuestro cuerpo miles de moléculas implicadas en la transmisión de información que conectan unos sistemas con otros: hormonal, neuronal o inmune. Estas moléculas, hormonas, citoquinas, factores varios o neurotransmisores hacen que nuestro organismo sea una entidad particular y personal. Uno de esos neurotransmisores, el principal excitatorio cerebral, es el glutamato…

El glutamato es un aminoácido producido por el cerebro a partir del momento en el que se cierra la barrera hematoencefálica y deja de poder captarse del torrente sanguíneo. Este compuesto se sintetiza en unas células denominadas astrocitos, que forman parte del conjunto glial que, a su vez, participan en el mantenimiento del conjunto del sistema nervioso –central y periférico-.

La energía está en nosotros y transmite datos y hace conexiones múltiples para conseguir el todo que somos

No obstante, una neurona no recibe una sola entrada desde una sinapsis neuronal individual, sino que recibe muchos miles. Decenas de miles de sinapsis desde miles de neuronas diferentes cubren la superficie ramificada de una sola neurona. Omito explicar aquí (podría ser tedioso para del lector) todos los mecanismos de los transmisores entre sinapsis y las ramas de salida (los axones) por las que se desplazan las señales eléctricas como ondas.

Una neurona, o una red de neuronas, puede así recoger información de muchas fuentes, incluidos los sentidos, la memoria y las emociones, para controlar la señal que ella misma va a emitir y que finalmente puede ocasionar una contracción o una relajación muscular.

                                                         Aditivos artificiales evitémoslos

El glutamato es el principal neurotransmisor del cerebro, pero paradójicamente es también una toxina poderosa para las células del sistema nervioso. Cuando los niveles de glutamato son bajos, actúan como una señal entre neuronas, pero si son excesivos las sobreexcitan y las matan.. Esta acción “excito-tóxica” del glutamato parece ser la causa de muerte neuronal durante las apoplejías y en las enfermedades neurodegenerativas, tales como la de Alzheimer, la de Parkison, y la esclerosis múltiples.

El glutamato es uno de los aditivos más frecuentes en los alimentos, presentándose en forma de sal como glutamato monosódico (GMS). Actúa reforzando el sabor y es omnipresente en la cocina china: la salsa de soja es especialmente rica en glutamato. Afortunadamente, el glutamato que está en el intestino y en la sangre apenas penetra en el cerebro, porque la barrera “sangre-cerebro” impide que glutamato cruce desde la sangre al cerebro.

                   La comida China no es siempre recomendable

No obstante, en medicina existe un trastorno conocido como “síndrome del restaurante chino” -donde nunca he comido, ni comeré- que puede aparecer por comer demasiados alimentos saturados de glutamato y que consiste en unos niveles tan elevados en la sangre que no puede impedir que entre en el cerebro y cause la muerte neuronal. Claro que, otras fuentes nos dicen que el GABA, actúa como calmante y de alguna manera, contrarresta el mal. De hecho, los barbitúricos, el principio activo de las píldoras para dormir que toman algunos enfermos depresivos y las benzodiacepinas, como el Librium o el Valium, que reduce la ansiedad, actúan, por ejemplo, reforzando la acción del GABA en su receptor neuronal.

Gira y gira… pero, ¿hacia qué lado la ves girar? Después de un rato mirándola fijamente, comenzó a girar hacia el lado contrario. ¿Me engaña la Mente?

Sí, la mente es poderosa y, si miras finamente la imagen de arriba, veras como la chica que gira hacia la derecha, de pronto, y sin saber cómo, la ves girando hacia la izquierda. ¿Es la mente la que produce el cambio?

Emilio Silvera V.