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[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3


Taringueros aburridos, físicos de partículas iniciados, científicos de computadora y demás apasionados lectores de la física mal explicada, tengo que decirles lo de siempre: He vuelto. Y, como siempre, con más barbaridades para contarles. Hoy, y así como hace unos cuantos días, el tema será: partículas. Pero antes de dictar cualquier atrocidad, dos aclaraciones:

- Spameros, incitadores de forobardo, trolls y toda la maraña de "graciosos" no están permitidos aquí. Cualquier cosa que yo considere entre estas definiciones será borrada y el usuario bloqueado. Hay muchas páginas en internet en las que pueden provocar ese tipo de situaciones.
- Interesados en el tema, los asuntos que voy a tratar aquí no son de un nivel más avanzado, aunque sí algo ajeno a la cotidianeidad y por lo tanto abstracto en cierto sentido, y aunque lo dudo puede que aparezcan pequeñas barbaridades o cuestiones meramente anti-intuitivas, asi que estás avisado. Sus preguntas y dudas serán bienvenidas y trataré de responderles dentro de lo que entiendo de éste asunto. Igualmente les indico que no soy profesor, con lo cual están advertidos si lo que digo los confunde más, y en ese caso les pido disculpas; no tengo ningún título que respalde lo que voy a decir (por ahora), así que quizás diga una tremenda abominación que pueden provocar hasta constipación crónica en 'Los Elegidos' del tema, quiero decir, aquellos que ya saben sobre el asunto; y por último no puedo contestar cosas muy ajenas a éstos asuntos, ya que mi ignorancia tiende a infinito en este campo (una vez más, por ahora... O eso espero)
- Este post está enfocado a un público más bien novato, pero cualquiera puede aprender de él. Fundamentalmente no habrá matemática escondida dentro de estos asuntos, pero no te asustes si es que encuentras algo ya que estás avisado, pero igualmente no te preocupes: las explicaciones serán tanto simples como rigurosas. Además de eso, como baso mi trabajo en lo más simple de la web, no voy a evitar hacer las mismas simplificaciones o peores que allí hacen; de modo que si buscas rigor y nivel, ¡que tengas un buen día y que la puerta no te dé en el culo cuando salgas!
- Tengo un sentido del humor que puede molestarles que no voy a evitar colocar en este post. No puedo hacer nada para satisfacerlos en ese caso, así que lo más recomendable es que salgan del mismo en cuanto su paciencia se agote.


[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

Bosón de Higgs. Próximo conocido entre ustedes


Y como segunda aclaración, una pequeña nota:
Gente con falta de atención, ésta es la tercera parte de mis abominables explicaciones sobre partículas tanto familiares como no tanto. Confío que si estás leyendo esto sos lo suficientemente inteligente como para poder entender todo lo que diré, pero no puedo confiar que lo que dije en la parte anterior todavía sigue fresco en tu mente. Así también quiero creer que posiblemente eres nuevo en cuanto a éstos post, y no estás enterado de lo que publiqué hace unos días. A esos humanos recién iniciados o a cualquier lector deseoso de arruinar su precioso tiempo les indico que si quieren leer cualquiera de las aprtes anteriores cliqueen en laimagen correspondiente:

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3 [I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

Sólo estoy jugando un poco con ustedes

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

A uno lo critican cuando hace spam, pero no están teniendo en cuenta que todos los escoceses del mundo lo hacen


Antes de hacer cualquier comentario sobre esos pequeños amigos, tengo únicamente que recordarte toda esa terminología extraña que solo gente loca como yo utiliza y que, claro, será fundamental para la comprensión del siguiente texto:

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

- Partícula elemental: Son aquellas partículas que, hasta lo que sabemos, no están compuestas por otras partículas más simples. Digo esto porque suele haber errores a la hora de definir lo que es un protón o un neutrón: Una partícula subatómica compuesta. Un electrón es un ejemplo de una partícula elemental.
- Bosón: Es uno de los dos tipos de partículas que existen. Se caracterizan por presentar espín entero y además, y quizás lo que para nosotros más importe, por ser mediador de una fuerza.
- Fermión: Es el otro tipo de partículas existentes. Los fermiones, a diferencia de los bosones, tienen espín semientero, y si conoces en profundidad la mecánica cuántica será familiar para ti que te diga que los fermiones no pueden ocupar los mismos estados cuánticos; pero si no, y te lo digo en otras palabras, no sin antes aclararte que es quizás lo que a nosotros mas nos importa, los fermiones son los constituyentes de la materia. Hay dos tipos de fermiones, los quarks y los leptones.
- Quarks: Son fermiones que experimentan la interacción fuerte y que por lo tanto son ladrillos ideales para la construcción de partículas denominadas hadrones. Hay 6 tipos de Quarks: up, down, charm, strange, top y bottom
- Leptones: Son fermiones que no experimentan la interacción fuerte y que por lo tanto no pueden ser los cimientos de otras partículas. Hay 6 tipos de leptones: electrón, muón, tauón y tres tipos de neutrinos.
- Hadrones: Son las construcciones de los quarks. Algunos de ellos son bosones también. Encontramos dos clases de hadrones: Los mesones y los bariones. Posiblemente te suene mucho el nombre si piensas que significan las siglas del LHC
- Mesones: Son hadrones, y a la vez son bosones. Ejemplos de ellos son los pocos conocidos pión y kaón
- Bariones: Son hadrones, pero que siguen siendo fermiones. Ejemplos de ellos son los conocidos protón y neutrón, y también de los pocos conocidos hiperones.
- Espín: Dicho mal y pronto, el espín vendría a ser las características del giro de las partículas: el ángulo de inclinación, la dirección de movimiento, la velocidad de movimiento. Si quisiéramos ser más rigurosos daríamos otra definición, pero por el momento esto nos alcanza y sobra
- Generación: Muy mal nombre para una propiedad de las partículas. Relaciona la masa y la inestabilidad de las partículas "hermanas" clasificándolas en estables (primera generación), más o menos estables (segunda generación) e inestables (tercera generación). Algunos físicos opinan que existe una cuarta generación, solamente que no la podemos "ver" porque las partículas que la componen simplemente desaparecen más rápido que un pedo en una canasta.

Claro que quizá pueda que no haya agregado exactamente todas las definiciones que necesito, pero cuando surja la explicaré detalladamente, no obstante: ¿Te has mareado? Yo también. Aunque es cierto que cada vez tenemos menos problemas en recordar todos estos nombres. ¿Viste que no mentía cuando decía que te los ibas a acordar?

Aquí está nuevamente la pequeña gráfica (que como de costumbre no es mía) para que puedas tragarte mejor lo que te acabo de decir y lo que diré:

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

Muy bien, dicho ya todo esto es hora de comenzar. Espero que todos ustedes ya estén en posición:

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3


Como espero que recuerdes, en el post anterior dejamos inconclusas las explicaciones sobre los bosones correspondientes a dos interacciones fundamentales: La interacción fuerte y la gravedad. A continuación, el bosón que se verá afectado por todas las aberraciones que cometo (y que me dejan cometer. No se crean que tengo toda la culpa): El gluon

Sin dudas, por cada oración que lees todo el asunto se vuelve cada vez más complicado y borroso. ¿Viste cuando entrás a YouTube apra ver algún blooper y terminás viendo un video de 10 minutos sobre una animación de un fractal? Bueno, lo nuestro es doblemente peor: Ni sabemos porqué lo hicimos, y sin dudas es quintilones de veces más complicado. Pero bueno, así es la física.

Si bien yo di entrada a este pedacito de post alegando que el gluón (cuyo nombre deriva de Glue, pegamento) es simplemente una partícula, en realidad la cosa es mucho más numerosa. Antes de decirte la cantidad que hay, tengo que explicarte otro concepto, del cual ya hemos hablado pero con poca rigurosidad, y es importantísimo para entender todo este asunto... Y es el concepto de color. Lo que el color describe es algo mucho más complicado de lo que parece. Hasta el momento yo nomás entendí que cada color es análogo a una dimensión física o alguna barbaridad de aquellas. Pero como eso es muy complicado de analizar aquí, bien podríamos decir que cada color corresponde a una característica de las partículas, la cual está relacionada a la fuerza que sufren. En otras palabras: Los colores son a la interacción fuerte como las cargas son al electromagnetismo, y eso explicaría obviamente porque se llaman colores y no cualquier otra palabra que sonaría mucho más imponente o complicada, como gauge. Quiero decir, los colores se llaman así simplemente porque son frutos de la arbitrariedad de los físicos

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

Físicos entretenidos. Prueba 2


En fin, me voy por las ramas. Los colores, dicho rápido, son simplemente tres; y corresponden a los colores primarios: rojo, azul y verde. Pero la cosa no acaba aquí. Los gluones mantienen relaciones muy estrechas con otros colores completamente diferentes, a los cuales podemos llamar cyan, magenta y amarillo; los cuales vendrían a ser los anticolores respectivamente de los colores antes nombrados. Como verás, estamos en un punto en el que es casi inadmisible que no se haya dicho nada sobre la antimateria, pero bueno.

Todo este asuntos de colores y anticolores es muy simple: Los gluones son, sin más, pares color-anticolor. Haciendo un análisis exhaustivo (osea, contar con los dedos) podemos decir que existen 9 tipos de gluones; pero eso estaría mal dicho. Tanto los colores, como los gluones, las partículas o cualquier elemento no mayor al tamaño atómico se relacionan notablemente con las palabras simetría, paridad o gauge. La cosa es que los físicos postularon una simetría gauge que realmente funciona muy bien, pero es horriblemente complicada. ¿por que complicada? Porque postula que en vez de 9 gluones haya en realidad 8. Entenderás como eso hace chirriar horriblemente nuestra intuición; así como también te harás una idea de la tortura que debe ser estudiarla. Este último hecho hace imposible que te pueda explicar algo más sobre ella.

Ahora bien, todavía no he dicho todo. El punto en donde todo lo que acabo de decir se une a lo que venimos diciendo es, obviamente, quarks. Estas partículas tienen la particularidad de responder a un determinado color; tal cual vimos anteriormente. Lo que sucede es que ese color está definido por la superposición de otros tres colores. Es algo medio abstracto, pero pongámoslo en modo de ejemplo: Tenemos un quark con carga neta roja. Bien podríamos decir que el quark tiene simplemente color rojo pero eso estaría mal. Correctamente hablando, ese quark poseería los colores rojo, azul y antiazul/amarillo que, haciendo una simple suma, dan carga neta roja. Ahora bien, todo esto trae consigo una interrogante bastante importante: ¿porqué los colores de los quarks tienen que responder exclusivamente a la suma de tres colores?

La respuesta es, creo, muy sencilla, pero a su vez viene dada por muchos factores. Supongamos que tenemos un neutrón común y corriente, el cual, te recuerdo, está formado por quarks u/d/d. Como espero que recuerdes, esos tres quarks deberían ser de diferentes colores, pues como son fermiones, no pueden tener sus números cuánticos iguales; así que sería muy simple dar para nosotros cualquier conjunto de colores, así que diremos que el quark up tiene color verde, un quark down tiene color rojo y el restante tiene color azul. (recuerda que los quarks tienen colores. Los anticolores solo aparecen en la "suma" para ver qué color tendría el quark). Hasta aquí, todo normal. Ahora, claro, para que ese conjunto de quarks quede unido, necesitamos que empiecen a intercambiar entre sí gluones, casi exactamente como cuando los imanes intercambiaban fotones, ¿recuerdas?. Pero estos quarks no intercambian gluones así nomás, pues, de hecho, tienen 8 posibilidades de gluones para intercambiar, de las cuales solo unas pocas son admisibles para ese quark. Me explico:

Estos son los datos que tenemos: Uno de los quarks down tiene color rojo. Ese color no viene dado porque posea ese color, sino porque la suma de sus 3 colroes internos da rojo. En nuestro ejemplo, ese quark tiene los colores rojo, azul y antiazul/amarillo. Los gluones son necesarios para que cada quark quede pegado con otros, y sabemos que cada quark se forma por un par color/anticolor. ¿Vas viendo por donde van los tiros? Si nuestro quark rojo quiere mantenerse pegado a los otros quarks, deberá hacerlo enviándole quarks a otro quark. ¿Y como podría ser ese gluón? Pues, muy simple: Podría estar formado por el par azul (un color) y antiazul/amarillo (que es un anticolor). Claro que esto dejaría a un quark con cinco colores y a otro con solo uno, pero debes tener en cuenta que los intercambios se hacen de tal manera que "al final del ciclo" cada quark responda a un color como suma de otros tres. Vamos, lo de siempre.

La cosa no acaba aquí. La cosa así como te la expliqué, está incompleta. En primer lugar, te invito a mirar el siguiente gif:

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3


A mi me tomó un rato entender porqué, pero, como verás, los quarks cambian de color constantemente. EN el caso de nuestro quark rojo, este emitiría un gluón del tipo rojo-antiazul/amarillo, no azul-antiazul/amarillo como dijimos. Eso nos daría un quark cambiante de color. Pero claro, si cambia de color uno, obligatoriamente deberán cambiar de color todos (recuerda que no puede haber igualdades entre los valores de un estado cuántico; ya que además el color es un valor de ellos). Así, por ejemplo, el quark de color verde estaría compuesto por los colores verde, rojo y antirrojo/cyan y terminaría emitiendo el gluón del tipo verde-antirrojo/cyan, con lo cual el quark pasaría a ser rojo, aunque el asunto de los quarks y sus colores no es algo tan sencillo, y aquí entra la otra parte por la cual todo esto está incompleto.

Como verás, el gif que acabas de ver está, de nuevo, incompleto. Esto no es una ocurrencia mía, sino una de los mismísimos gluones. Trataré de explicártelo en tono de ejemplo para que no se te confundan las cosas:
Los fotones y los gluones son muy parecidos ya que comparten cierta analogía. Sin embargo, hay algo en lo que se diferencian y es la verdadera clave para entender todo esto. En el ejemplo de los imanes, éstos intercambiaban fotones todas las veces que sea necesario para acercarse y ya. Y esto es así por una razón muy tonta, que es que los fotones no tienen carga eléctromagnética (osea que transportan una fuerza que no sienten). Como verás, ahí está la diferencia: Los gluones transportan una carga que sienten. ¿Y qué consecuencia importante nos deja todo esto? Un verdadero quilombo de pegamento

Los gluones transportan una fuerza que sienten. En otras palabras, sienten color, como los quarks. Los quarks, al sentir el color, emiten gluones... ¿Ya entendiste todo?. Sucede exactamente lo que. supongo, estas pensando: Los gluones emiten gluones. Pero la cosa no acaba aquí, sino que sería mejor decir algo como lo siguiente: Los quarks emiten gluones. Esos gluones, en todo su trayecto hacia el siguiente quark, siguen emitiendo gluones, los cuales emiten más gluones, los cuales siguen emitiendo todavía más gluones... y así hasta donde tengas ganas. ¿Resumido? Por supuesto: ¡Gluones, gluones, gluones, gluones y más gluones!. Mira por favor la siguiente imagen:

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Esa es la imagen de un neutrón. Es una imagen la verdad muy completa, porque muestra los sabores y los colores correspondientes de los quarks y algo más. ¿Ves esa especie de letra "M" que, como un puente, une los quarks entre sí? Estimado lector, mi deber es decirte que eso es pegamento: Un verdadero camino de gluones que interfieren tanto consigo mismo (y por eso está ese "camino" ) como con los quarks (por eso están tan fuertemente agarrados). ¿No es sorprendente?

Esto tiene una consecuencia bastante interesante. Como verás, ese camino está formado prácticamente por pegamento encimado sobre más pegamento. Esto significa, claramente, que es prácticamente imposible separar los quarks, ya que el camino de pegamento (que en realidad es la interacción fuerte) es la interacción más poderosa que existe, o por lo menos es así para regiones que no superan los 10^-17 metros. Es decir que fuera del núcleo de los átomos esta interacción tiene tanta intensidad que es necesaria escribirla con varios ceros, de la siguiente manera: 0,0000... etc. Admito que es una broma estúpida aún para mí. De hecho, este tipo de interacción recibe el nombre el nombre que tiene porque donde aparece, es intensísima.

De hecho, es tan intensa que si intentáramos separar dos quarks aunque sea un poquito sería necesario realizar un esfuerzo increíblemente enorme. Es más, esa energía que con mucho esmero le estaríamos cediendo al sistema par que se separe es tan grande que es más probable que aparezcan quarks nuevos antes que consigamos separar el sistema.

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Quarks. Fuertemente ligados quizá por su peculiar agrado hacia Telefé.


¿Recuerdas que dijimos que era imposible encontrar quarks individualistas por el universo? Pues bien, eso se debe a dos razones, siendo una de ellas la que expusimos (no sé porqué conjugo en plural si solamente yo escribo) en el párrafo anterior. Esta razón, es decir aquella por la cual los gluones y los quarks tienden a estar unidos eternamente, es lo que se denomina confinamiento. Por esa razón tampoco encontramos gluones por ahí. Aunque esto último es algo ciertamente incorrecto, pues se predice la existencia de ciertos cúmulos de gluones sin quarks, los cuales se denominan gluebolas. Claro que no se ha detectado ninguno, pero según el famoso Modelo Estándar de Partículas es completamente admisible. Vivimos en un universo terroríficamente extraño.

La otra razón es que, a diferencia del electromagnetismo, no pueden existir partículas con color. Quiero decir, a cualquiera de nosotros se nos enseñó que la materia es neutra, pero siempre se nos advirtió de la existencia de iones. Ahora bien, a diferencia de esto,es imposible encontrar una partícula con color no neutro. Como los quarks tienen un color definido, es imposible encontrarnos con un quark dando vueltas por ahí. Esto tiene una consecuencia bastante interesante, la cual es que ninguno de los hadrones tiene color. Como sabrás, la conjunción de los colores verde, rojo y azul da como resultado color blanco. Ese color blanco es el color neutro dentro del mundo de las partículas. Como los hadrones tienen quarks con esos tres colores, luego serán todos blancos. ¿Y los mesones? Como recordarás, los piones se forman con una partícula de primera generación y su antipartícula. Luego, podemos tener un pión con quarks rojo y antirrojo/cyan: Un pión neutro.

Otra de las cosas que quiero tocar en este pedacito de post dedicado a los gluones es la diferencia entre los términos interacción nuclear fuerte e interacción fuerte. Como verás, ambas son la misma fuerza que sienten los protones o los quarks, aunque tienen una diferencia particular que permite dividirlas: La interacción fuerte es la "original", y sólo afecta a quarks. El hecho que encontremos protones y neutrones se debe a dos consecuencias inmediatas de esa interacción original. La primera de ellas es lo que se denomina interacción fuerte residual, a través de la cual los hadrones comienzan a unirse por una extensión de la fuerza que sienten sus quarks. La segunda razón es una mucho más sencilla, que de hecho expusimos antes y es la presencia de los piones: bosones encargados de transmitir la interacción nuclear fuerte.

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Nada más alejado de la realidad


Si no se me ha escapado nada, esto es todo lo que un físico de partículas de computadora debe saber sobre los gluones y de la interacción (nuclear o no) fuerte. Ahora mismo proseguiremos con la siguiente interacción fundamental. Una fuerza conocida desde los inicios de la humanidad, recién estudiada por el propio Newton hace unos 400 años. Una fuerza que fue reconcebida por Einstein como una deformación del espacio-tiempo y con una teoría general que la describe de verdad muy bien; pero aún así sigue siendo la fuerza más misteriosa de las cuatro; y también la hipotética partícula que, creemos, media la interacción gravitatoria: El gravitón

El gravitón es una partícula un tanto especial. Muchos de los científicos podrían incluso rezar para que existiese, y otros podrían hacerlo para que no lo hiciera. La confirmación de su (no) existencia sin duda haría prevalecer algunas teorías físicas o, así de simple, destrozar a pedazos otras. Pero eso no es lo que ahora nos incumbe. ¿Qué es el gravitón?

El gravitón es, sin dudas, el bosón más extraño que podamos imaginar y, de momento, la primer partícula que analizaremos que no está en el Modelo Estándar de Partículas. Por supuesto que ésto no tendría porqué asustarte o generar cierto desdén hacia la partícula, pues, creo que ya lo he dicho, el Modelo Estándar es simplemente un borrador, y como tal, puede tener errores, incongruencias o delgadez por falta de datos. El hecho que suongamos que existe una partícula fuera de las predicciones que realiza el Modelo mismo indica que por lo menos no estábamos equivocados en decir que el Modelo estaba equivocado y eso es todo un logro.

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Los físicos y sus nuevos logros.


Esta peculiar partícula fue postulada por una razón muy simple: Porque, si existiese, se cumpliría una simetría tan perfecta con el resto de las partículas que simplemente haría ver nuestro universo de una manera aún más maravillosa. No obstante, ustedes, mamíferos subdesarrollados, tienden a buscar simetrías donde no hay. No quiere decir que esta partícula no exista; de hecho, pruebas muy indirectas (pero pruebas al fin) de que esta partícula realmente exista. ¿Cómo sería esa partícula?

Pues yo creo que vos mismo podés predecir algunos valores de estas partículas. En primer lugar, al ser un bosón, ya sabés que su espín es entero. Concretamente, científicos consideran que su espín es 2. Además, sabés que la gravedad puede afectar a cuerpos tan alejados entre sí como galaxias, con lo cual es lógico pensar que ésta partícula no tiene masa y tenga alcance infinito (como los fotones) o, al menos, puede que el gravitón tenga una masa minúscula y un largo, larguísimo pero finito alcance; aunque, claro, de tener masa sólo tendría 1.6 x 10^-69 kg como máximo. ¡Eso es realmente minúsculo! Cien billones de cuatrillones de veces más ligero que un electrón. Y es por eso que muchos físicos se la juegan por masa cero y alcance infinito, una vez más, como los fotones.

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

No tiene nada que ver con el post pero coincidirás conmigo con que es un bello animal


¿Y porqué tanto fotón suelto en un lugar donde deberíamos hablar sobre gravitones? Pues, porque la gravedad tiene algún tipo de correlación con el electromagnetismo. Por ejemplo, si es que el gravitón tiene masa cero, pues entonces se movería a 300.000 km/s, igual que los fotones; además de lo que ya te dije: alcance infinito, masa nula... Y hasta ahí nos quedamos. Así como la gravedad y el electromagnetismo pueden ser parecidos en ciertos aspectos, también son bárbaramente diferentes en otros:

Para empezar, sabemos por experiencia que la intensidad de ambas interacciones son realmente muy disparejas. Por ejemplo, nosotros estamos experimentando con la interacción electromagnética a cada instante: La repulsión de las capas electrónicas de dos objetos "tangentes" permite hacer de todo: caminar, utilizar el tecleado, tomar objetos, todo lo que se te ocurra. Además de eso, en pleno invierno nos solemos quedar cerca de la estufa pues sabemos que ahí se emiten varios fotones infrarrojos dadores de calor, y siempre estaremos recibiendo fotones en nuestros ojos ya que siempre estamos mirando algo. ¡Son muchas cosas! De hecho, todas las fuerzas que te hicieron creer que existían en el secundario se pueden reducir simplemente a una: Electromagnetismo.

No obstante, vos solo sentís la fuerza gravitatoria de un solo cuerpo: La tierra. Ni la computadora que tenés delante (porque tiene poca masa como para atraerte), ni el supermasivo agujero negro que está en el centro de la galaxia (ya que está demasiado lejos de vos). ¿Qué significa esto? Muy simple: El gravitón, si es que existe, transmitiría una pequeñísima fracción de la energía que puede transportar un fotón, y eso hace que sea muy jodido encontrar uno.

Por otra parte, existe otra diferencia fundamental entre ambas interacciones, y es muy conocida por los relativistas: La gravedad modifica el espacio-tiempo a su alrededor, la fuerza electromagnética no. Seguramente habrás visto alguna imagen como la siguiente:

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Y esa peculiaridad es realmente extraña: Un gravitón se mueve a la velocidad de la luz a medida que da forma al universo. De hecho, la cosa es tan extraña que para poder entenderla a pleno es necesario combinar la teoría de la relatividad con la teórica cuántica, cosa que no es nada sencillo. Pero bien, por más extraña que sea esta cuestión, nos es de muchísima importancia a la hora de detectar gravitones. ¿Cómo es todo esto? Pues, sencillo. Como sabrás, un cuerpo masivo deforma el espacio a su alrededor. Si nosotros aceleramos ese cuerpo masivo, estaríamos creando (digo "estaríamos" porque la cosa es más hipotética que otra cosa) algo muy nombrado en la actualidad: Ondas gravitacionales. Claro que éstas no sólo son producidas es esas circunstancias, sino también en otras circunstancias, como por ejemplo la explosión de una supernova, la creación de un agujero negro, el choque de cuerpos muy masivos como estrellas de neutrones o incluso la rotación de este tipo de estrellas.

¿Y de dónde salieron estas ondas gravitacionales? Pues, también es muy simple: Todas las teorías científicas dedicadas al estudio de la gravedad, siendo la más famosa de ellas la Teoría General de la Relatividady llegan a la misma conclusión: Un cuerpo debería emitir radiación gravitacional. Pues bien, ¿Y dónde están esas ondas gravitacionales que todo cuerpo emitiría? Aquí está la clave de la cuestión: Esas ondas son super-archi-requete-mega débiles . Voy a explicarlo gráficamente. Una situación así:

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3


Es decir, de un sistema binario de cuerpos muy masivos, provoca una situación como la que ves en esa imagen. Si a la misma le agregamos movimiento tenemos esto:

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Esas ondas son como cualquier otra: Al llegar a un conjunto de partículas en el espacio hacen que empiecen a agitarse, por ejemplo así:

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Pero claro, en la figura el movimiento está exagerado. Pero muy, muy exagerado: las partículas se moverían una distancia máxima de unos 10-24 metros…¡menos de un billón de veces el tamaño de un átomo! Las ondas gravitacionales son diminutas y es por eso que todavía no hemos detectado ninguna. Es más, te daré otro ejemplo numérico. ¿Recuerdas las relaciones de intensidad entre las interacciones electromagnética y gravitacional? Pues, bien, el sol tiene una potencia estimada de unos 3x10^26 watios. Eso, si no te has dado cuenta, corresponde a la intensidad electromagnética. ¿Sabés que potencia tendrían las ondas gravitacionales que genera el conjunto Tierra-Sol? 300 watios. 5 estúpidas bombillas que alumbran tu casa. Ahí tenés la diferencia.

Aunque, claro, eso 300 watios de potencia son 300 watios. Algo es algo. Y es por eso que estamos (hablo en plural como si yo estuviera haciendo algo productivo) a cargo de varios proyectos de detección de ondas gravitacionales, como por ejemplo el LIGO estadounidense (lugar de trabajo de @Schrodinger-cat si no me equivoco), el TAMA 300 japonés, el GEO 600 germano-británico o el VIRGO franco-italiano. Además, está en fase de construcción un detector denominado LISA, que sería el primer observatorio espacial allá por los años 2020. No obstante, no es necesario tener que trabajar en alguno de esos observatorios para poder colaborar en este proyecto de estudio de ondas gravitacionales desde tu propia casa, descargando el programa BOINC y en especial el proyecto Einstein@Home y así donar parte del tiempo de proceso de tu ordenador a realizar los cálculos necesarios para detectar ondas gravitacionales a partir de los datos de LIGO y GEO. Si tienes un procesador pasadísimo para jugar a los últimos juegos que han salido este año, ¿se te ocurre algo mejor que hacer con ese maquinón mientras no lo usas que encontrar un gravitón?

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"Claro que se me ocurre"- Vos, en respuesta, con ésta cara


Por último, creo que sería un insulto decirte que los cuerpos se atraen intercambiando gravitones, al igual que lo que pasa con las demás interacciones. No obstante, tengo algo que decirte que, supongo yo, será muy revelador. Como sabemos, los agujeros negros son, por definición, lugares del universo en los cuales nada puede escapar una vez algo es atrapado por su fuerza de gravedad. ¿Cómo un agujero negro puede intercambiar gravitones con otro cuerpo sin absorberlas? ¿Ante que clase de paradoja o vil mentira estoy expuesto? Atento lector, si fuiste atacado por estas preguntas es debido a dos cuestiones: La primera de ellas es que sos muchísimo más avispado de lo normal. La segunda cuestión es que no prestaste atención a lo que dije sobre las partículas virtuales.

Como deberías saber, las partículas virtuales no son más que partículas comunes y corrientes pero con la condición de que su tiempo de vida sea tan corto que, producto del Principio de Incertidumbre de Heisenberg que seguro habrás aprendido al leer el grandioso post de @cfxslx, presenten imposibilidades técnicas a la hora de medir algunos (en realidad, muchos) de sus valores físicos. Estas partículas, que de hecho se llaman 'virtuales' pero son tan reales como las que estamos viendo son tan curiosas y extrañas que, sencillamente y por la única razón que expuse (el principio de incertidumbre, claro está) tienen la posibilidad de violar todas las leyes del universo sin problemas. Menudo universo el que vivimos, ¿verdad?

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Si quieres ir al post de cfxslx puedes tocar el sombrerote de Heisenberg o bien el botón de "TOPS"


Como verás, el gravitón no es la única partícula hipotética que veremos. Ahora mismo, verás como también existe otra partícula que, al igual que el gravitón, no deja de recibir rezos por parte de los científicos para que exista y también para que no lo haga. Esta partícula, la joya del Modelo Estándar, la mismísma partícula que se le atribuye erróneamente a Dios, pero que es en realidad "the goddamn particle", es, nada más y nada menos que el bosón de Higgs:

Explicar detalladamente el bosón de Higgs es algo verdaderamente muy complejo y muy avanzado, ero eso no significa que no lo vaya a hacer. Y ésto último significa exactamente que lo haré mal. En fin. Necesito pedirte mucha paciencia pues empezaré diciendo cosas que no tienen nada que ver con el bosón en sí pero que te ayudará a entenderlo todo en unos minutos. Dicho todo esto, vamos:

Como bien vinimos explorando, existen muchísimas partículas, todas ellas con características que las identifican. Sin dudas, las más "especiales" por así llamarlas son las que participan como mediadoras de una interacción, como por ejmeplo el fotón. La existencia de este tipo de partículas no sólo nos hace pensar en ellas como una mera curiosidad científica (Wow, median una fuerza. ¡Qué curioso!) sino que nos hacen ver lo íntimamente relacionado que puedes estar algunas cosas. ¿Qué cosas? Siguiendo el ejemplo del fotón, nos encontramos que estamos relacionando electricidad y magnetismo, es decir, dos interacciones con una partícula; y a todo esto con un campo dentro del cual actúan éstas fuerzas, que es el campo electromagnético, y, además, estamos planteando simetrías que nos permiten desvelar las características de, por ejemplo, el gravitón; así como también plantearnos la creación de una magnífica teoría del todo. En fin, no es que todo se relacione con todo: Algo se relaciona con muchas cosas. Pues bien, con el bosón de Higgs pasa exactamente lo mismo.

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Bosón de Higgs. Alias: "El fotón que no es fotón"


Bueno, en realidad no pasa exactamente lo mismo, pero sí nos permite relacionar varias cosas en una. Por ejemplo, en este caso tendríamos una partícula relacionada a un campo relacionado a una interacción, la cual, a su vez, se relaciona con absolutamente todas las partículas conocidas y por conocer. ¿Se entiende ahora porqué el bosón de Higgs es codiciado? Pero ahora, claro, si a un par de científicos se les ocurrió una idea de tal magnitud fue porque estuvieron frente a problemas de tales magnitudes: Tiempos desesperados requieren medidas desesperadas, como quien diría. Pero ¿Cómo eran esos tiempos?

Yo creo que a estas alturas vos conocés perfectamente bien qué modelo estamos estudiando; el famoso Modelo Estándar de Partículas. Ahora bien, si has prestado atención sabrás que el Modelo Estándar es una teoría científica que postula la existencia de interacciones y partículas pero que, como vimos con el caso del gravitón, no es la última teoría científica porque todos sabemos que está mal. ¿Porqué les enseño esto si está mal? Pues por la misma razón que considero que es necesario aprender física clásica en los colegios: Está tan bien elaborado que para casos puntuales sirve y mucho. Pero en fin, el Modelo Estándar no fue pionero en teorías cuánticas de campos sino que, obviamente, derivó de un par de leyes y suposiciones. El punto es que ese "pedacito de Modelo", ese conjunto de leyes y suposiciones era algo realmente bonito, simétrico o hasta artístico como algunos dirían, excepto en un punto: Postulaba que todas las partículas debían tener masa nula y moverse a la velocidad de la luz. Vamos que se nota que no es cierto.

Obviamente nadie puso como cierta esta conclusión. Es más, muchísimos científicos se pusieron manos a la obra par darle solución a este problema, siendo Robert Brout, Francois Englert, Gerald Guralnik, C. R. Hagen, Tom Kibble y Peter Higgs algunos de ellos. Sin dudas nuestro poco conocido pero muy renombrado amigo Pedro fue el que logró que su nombre haya perdurado, pero todos estos científicos llegaron a la misma conclusión: Campo de Higgs, bosón de Higgs, Mecanismo de Higgs, todo lo que vamos a ver ahora.

Empecemos por lo que yo considero más sencillo de tragar: El campo de Higgs. Cuando alguien escucha el nombre "camop de Higgs" es como si necesitara mostrar signos de respeto inmediato pues "Es el campo de Higgs" pero, en realidad, no es más que uno de los otros campos que vos conocés. ¿O acaso nunca escuchaste el nombre de campo gravitatorio o campo electromagnético? Puesto que es muy común, vamos a intentar definir uno: Distribución espacial de una magnitud física. Suena muy lindo, pero no se entiende. Creo que lo mejor para nosotros será algo como esto: "Área de influencia" de una interacción fundamental. Nosotros sabemos por experiencia que los campos pueden ser muy variables. Por ejemplo, si sabes algo sobre las ecuaciones de Maxwell podrás advertir rápidamente que los campos eléctrico y magnético oscilan constantemente; y sabés también que tanto el campo gravitatorio como el electromagnético disminuyen su ímpetu con la distancia.¿Cómo sería un campo de Higgs?

El campo de Higgs es grande como el universo mismo y no difiere en cuanto a intensidades se refiere en ningún punto. Bastante curioso, pero todavía no te he dicho lo más importante. El campo de Higgs nos dice que el universo es, así de brusco, un pastizal:

[I] Esas maravillosas partículas. Parte 3

El universo según Higgs. Enserio.


Higgs tuvo una peculiar idea en cuanto a la concepción del universo. Claro que nunca dijo que el universo era un pastizal porque bien sabía dónde iba a parar, si no que, como siempre, terminó utilizando barbaridades matemáticas que inexplicablemente a mucha gente le agrada. Y claro que eso es imposible de entender para nosotros, la gente normal, incluido William Waldegrave, Ministro de Ciencia del Reino Unido, que en 1993 lanzó un desafío para los físicos británicos: Debían explicarle en palabras simples y párrafos cortos lo que es el bosón y el campo de Higgs; y a las cinco mejores respuestas les concedería un a botella de champán. Ahora mismo, te comentaré en esas palabras lo que es el campo de Higgs:

El universo, según Higgs, es un campo de hierba alta. Esta "hierba alta", la cual debe existir en todos los puntos del universo sin excepción, tenía una única peculiaridad: Debe crecer únicamente "para arriba". Antes de seguir con esta oda a la esquizofrenia quiero decir que la dirección "hacia arriba" que nombré no es una dirección literal sino es "una dirección inventada", "una dirección conceptual", algo que para nosotros es una dirección pero que, yen realidad, no existe. Como complemento a esta hierba, diremos que en medio de ella existe un curioso cañón de partículas, el cual también tiene una peculiaridad: Debido a las características propias de su construcción, nosotros podemos elegir con cuántos grados de inclinación dispararemos. Para comprender que es lo que Higgs planteó, necesitamos hacer por lo menos tres disparos:

- El primero de ellos deberá ser muy simple: Cargamos el cañón y lo ponemos "para arriba", exactamente en la misma dirección en la que crece la hierba. La primera consecuencia de esto es la intuitiva: Al no haber hierba que se interponga en su camino, la partícula disparada tiene todas las condiciones de alcanzar la velocidad máxima, la cual es, claro está, la velocidad de la luz. Esto, a su vez, significa que la partícula no tendrá masa.
- El segundo disparo será muy parecido al primero. Ahora, en lugar de inclinar nuestro cañón 0 grados, es decir, poníendolo en la misma dirección que la hierba, lo inclinaremos muy poquito: 1 grado. Si has entendido esta guasada que estoy diciendo, sabrás lo que diré ahora y habrás entendido como funciona el Campo de Higgs: La partícula ahora se encontrará con poca cantidad de hierba en el camino; pero esa poca cantidad determinará que su "rozamiento" sea más que en el disparo anterior y que, por lo tanto, no pueda alcanzar velocidades de movimiento "máximas"; sino un poquito menos. En otras palabras, la partícula ahora se verá influida por la hierba, determinando que tiene poca masa.
- El tercer disparo será completamente opuesto al primero: Ahora inclinaremos nuestro cañón exactamente 90 grados, es decir,poníendolo perpendicularmente a la dirección presentada por la hierba: El resultado es obvio: A la partícula le costará mucho moverse y no podrá lograr moverse a altas velocidades. En otras palabras, es una partícula muy masiva

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Angry Birds y sus supuestos paralelismos con el bosón de Higgs


¿Qué nos dice todo esto? Pues, dos cosas muy simples si lo has entendido. En primer lugar, que tengo problemas mentales graves, y en segundo lugar, algo más importante: Qué la masa de cualquier partícula se verá definida por cómo será la interacción entre una partícula y el campo de Higgs. Si campo y partícula tienen "la misma dirección conceptual" la partícula no tiene masa, como por ejemplo un fotón; si ambos tienen "direcciones conceptuales muy parecidas pero no iguales" la partícula tendrá una masa ligerísima, como por ejemplo un neutrino; y, finalmente, si campo y partícula tienen "direcciones conceptuales muy diferentes" la partícula será un monstruo en cuanto a masa se refiere, como por ejemplo un tauón. Estimado lector, si has comprendido a pleno todo lo que acabo de decir tengo que aclararte que has comprendido lo que en el mundo de Higgs se conoce como Mecanismo de Higgs, cosa que es, obviamente, el proceso por el cual las partículas obtienen su masa.

Cuando Peter Higgs presenta su teoría, la comunidad científica no se permutó de ninguna manera. Sin dudas su explicación era excelente y permitía solucionar ciertos problemas del tipo "Che... ¿y de dónde viene la masa" pero, claro, no era una teoría científica con todas las letras pues le faltaba la pieza clave: Así como se plantea, es imposible de determinar mediante experimentos si es válida o no. Quiero decir, la teoría servía muy bien como filosofía y no como ciencia. ¿Cómo solucionar eso?

Muy simple. Hasta ahora hemos estado estudiando lo que se conoce como Teoría cuántica de campos, lo cual se podría traducir en palabras sencillas como: Teorías que relacionan la mecánica cuántica con las partículas y el campo donde actúan esas partículas. Así que si hemos estudiado al fotón, es porque también hemos estudiado su campo: El campo electromagnético. "Pero recién acabamos de estudiar un campo", posiblemente me dirás. "Si me decís que cada campo tiene asociado una partícula, ¿Dónde está la partícula del campo de Higgs?". Aquí es dónde hace aparición la partícula tan comercial de la cual hemos estado hablando.

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Vos, ahora, no necesariamente con arcoíris, al ver que tenías razón.


Peter Higgs respondió entonces a los críticos de su teoría proponiendo la existencia de una nueva partícula, la partícula de Higgs y además dando una serie de datos teóricos sobre cómo debía ser la partícula: Su espín debía ser nulo (de ahí que sea un bosón), curiosamente debe tener masa (, que de hecho se calcula que está entre a de un átomo de hierro y el triple de la de un átomo de uranio; osea, tremendamente pesada. Además, no debe tener carga eléctrica y debe ser su propia antipartícula. Esto último todavía no lo hemos estudiado pero estoy seguro que a muchos les suena demasiado interesante.

Puede que todavía te preguntes: "¿Y cómo se le ocurrió la existencia de una partícula? ¿No podía ser simplemente un campo?". La verdad, no. Y te explico con detalle porqué: El campo electromagnético (Si, me gusta mucho. Ya hablé mucho de él y prometo seguir hablando cada vez que se de la oportunidad) puede definirse como "el campo que crean las ondas electromagnéticas" y estaríamos dando una definición dentro de todo buena. Sin embargo, hace falta algo que cuantice las oscilaciones de esas ondas electromagnéticas, y ese algo es, obviamente, el fotón. Con el campo de Higgs pasa lo mismo: La "dirección conceptual" de la hierba podía ser explicada también como una "oscilación o vibración conceptual", lo cual nos llevaría a plantearlos la misma situación que antes: "¿Podemos cuantizar esas oscilaciones?", me dirías. "Naturalmente", te respondería. "Esa cuantización se realizaría por medio del bosón de Higgs, ¿verdad?, muy hábilmente me preguntarías. "Naturalmente", respondería yo, de nuevo, demostrando una falsa seguridad que cualquiera interpretaría como "no digna de fiar".

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Galileo. Sus diálogos eran mejores


Para cerrar con éste capítulo, quiero comentarles como los científicos están buscando esta partícula. Debido a la cantidad de masa que, en teoría, presenta la partícula, los científicos concluyeron que eran necesarias altísimas energías para poder llegar a ver uno; energía que el LHC nos puede facilitar. Pero no por ello las cosas serán fáciles de analizar: Los científicos tienen que calcular cómo podrían hacer aparecer un bosón de Higgs (probablemente con el choque de dos protones altamente energéticos), el tiempo de vida de ésta partícula (alrededor de los 10^-23 segundos), las combinaciones de partículas en las que se podría desintegrar y luego las probabilidades de encontrarnos con cualquiera de estas desintegraciones; todo esto para luego analizar la tremenda cantidad de información que nos deja el LHC (que es alrededor de 10.000 copias de la Enciclopedia Británica por segundo) y tratar de encontrar entre toda esa maraña de datos a un regordete y escurridizo bosón que, quizá, ni siquiera esté ahí.

Así que puede que la noticia de la detección de esta partícula tan fascinante no sea inmediata, sino que es posible que se anuncien observaciones compatibles con ella, que los científicos vayan calculando probabilidades y combinaciones y, poco a poco, la comunidad científica se vaya convenciendo de que se ha “visto” un bosón de Higgs... O no. Qué feo es tratar de buscar una partícula hipotética. ¿Sabés todo lo que tendríamos que hacer para compensar el hipotético fallo de la teoría de Higgs? La verdad mucho. Así que mejor esperamos que los resultados sean positivos y que, claro, que el LHC no destruya la Tierra como algunos dicen que pasará. Yo no soy médico, pero sin lugar a dudas recomiendo a ese tipo de personalidades tres cosas. En primer lugar, unas buenas dosis de pesto ésto, en segundo lugar, reducir las dosis de ésto y en tercer lugar, si el tratamiento no da resultado, ésto

En fin, eso es todo lo que un novato como yo puede decirte sobre "the goddamn particle". La verdad que sí, todavía sigo injuriando sobre los malditos 65 mil caracteres pues la verdad no puedo hacer más que eso. Son tan abominables que en vez de dejarme hacer un post en dos o tres partes seguro lo tendré que hacer en 5, pero bueno, eso se verá después. En fin, el post debe finalizar aquí.
Los saludo a todos ustedes con un ¡Hasta la próxima!. No me atrevo a decir nada sobre cuándo será la próxima entrega pues siempre prometo y nunca cumplo y, además, con una invitación a mi post aquí
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5 comentarios

@Radagast23 Hace más de 1 año
Genial como siempre!
@N3ofarpoint Hace más de 1 año
Muy bueno.
@Br3nn4n Hace más de 1 año
Esta genial
@cristian0523 Hace más de 1 año
te aviso que los links a la parte 1 y 2 estan trocados
seguire letendo (y)
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