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miércoles, 30 de septiembre de 2009

MICROCOSMOS Y MECANICA CUANTICA


Aunque para la mayoría de nosotros el átomo se reduce a protones, neutrones y electrones, en realidad los físicos han descubierto nuevas partículas subatómicas y la terminología se ha complicado notablemente. De entrada, las partículas elementales se dividen en aquellas con masa (Fermiones) y aquellas otras que no tienen masa sino que tan sólo transmiten fuerzas o, simplificando, simplemente fuerzas (Bosones).
Dentro de los bosones el más conocido por todos es el fotón, responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético que caracteriza a la luz, o el gluón, portador de la fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos a protones y neutrones sin que se repelan. También serían bosones los que caracterizan a las otras dos fuerzas elementales de la naturaleza, además de las mencionadas, como son la fuerza nuclear débil (bosones W y Z, en el caso de la radioactividad) y la de la gravedad (el todavía supuesto graviton).
Los fermiones se dividen a su vez en Leptones y Quarks. Hay seis tipos de leptones, entre ellos el electrón, y seis tipos de quarks, que de manera simbólica se consideran ‘sabores’. Se denominan en inglés up, down, charm, strange, top y bottom, y además se subdividen cada uno de ellos en función de su carga de ‘color’, en rojo, verde y azul, si bien dicha denominación es también metafórica. Los leptones aparecen aislados, mientras que los quarks se encuentran siempre unidos formando pares o tríadas.
Todo esto compone el llamado Modelo Estándar de Partículas. La mayoría de las partículas postuladas ya se han aislado, y el resto podrían descubrirse gracias a estas nuevas instalaciones del CERN. Pero no sabemos si son los componentes últimos de la materia, o a escalas mucho más pequeñas habría otros elementos, como propone por ejemplo la teoría de las supercuerdas, que considera todas estas diversas partículas como expresiones y vibraciones de un único tipo de materia, la supercuerda.
A las partículas subatómicas compuestas por quarks y gluones (uno de los bosones), como son los protones, se les llama Hadrones. Así que en resumidas cuentas, al hablar de hadrones, el LHC está haciendo referencia a los protones. Las colisiones de interés son aquellas que se vayan a producir entre un quark o un gluón de cada uno de los protones que se encuentren. Porque la energía típica producida en el LHC tras el choque de un quark con otro quark, de un quark con un gluón, o de dos gluones entre sí, entre 0,1-1 TeV, puede convertirse en la masa de nuevas partículas que se espera descubrir, como es el caso del famoso bosón de Higgs.
El Modelo estándar de partículas propone un campo que todavía no se ha observado por ser casi indistinguible del vacío, el llamado campo de Higgs, y una partícula con mucha masa (al contrario de lo que sucede con el resto de los bosones), el bosón de Higgs, necesaria para explicar las masas de todas las demás partículas que aparecen. Se trata de explicar supuestos extremos en los que se genera más masa de la que en principio interviene, pues de lo contrario habría que suponer algo tan supuestamente contradictorio como es el hecho de que la materia pudiera surgir del vacío. Muchos físicos han desarrollado paralelamente teorías de supersimetría que proponen que todas las partículas tienen (además de su antipartícula) una partícula que sería su “sombra”, o su simétria. Aunque no se han descubierto todavía partículas simétricas, una de las postuladas, llamada neutrino, podría formar la materia oscura del universo y si se encuentra en el LHC apoyaría las teorías de cuerdas. Hasta ahora el acelerador más potente, alcanzando energías de 1 TeV, era el Fermilab en Chicago, donde se descubrió en 1995 el último quark que faltaba por encontrar, el llamado top. El LHC es siete veces más potente, por lo que podrá responder a nuevas incógnitas. El Modelo estándar de partículas es capaz de explicar, de momento, tres de las cuatro fuerzas que se han descrito en la naturaleza: la fuerza débil, la fuerte y la electromagnética, dejando fuera la fuerza de la gravedad.
Para explicar esta fuerza desde el punto de vista de la física cuántica se propone otro bosón llamado gravitón, una partícula mediadora de la atracción gravitatoria que, de existir, daría respaldo a una Teoría del Todo que unificaría la física cuántica y la relativista. Entre la física cuántica y la física relativista existen grandes incompatibilidades, porque en el mundo de lo extremadamente pequeño todo parece estar cuantizado, es decir, todo son partículas, mientras que en el mundo de lo grande, el espacio-tiempo parece ser tan sólo una dimensión continua, si bien elástica, y los efectos que provoca son puramente geométricos. Pero la suma de lo pequeño hace lo grande, y lo grande debe estar compuesto por lo pequeño, por tanto todo debe poder explicarse con las mismas leyes.
Hay un punto en que estas dos ciencias confluyen y es en el origen del universo, donde hubo grandes masas en volúmenes muy pequeños y a elevadísimas temperaturas. Es por ello que se esperan con ansiedad los resultados obtenidos al recrear condiciones semejantes a las que hubo en la primera milmillonésima de segundo a partir del Big Bang.
Otro de los descubrimientos que se puede llevar a cabo en el LHC es la observación de nuevas dimensiones o planos de la realidad, como proponen las teorías de cuerdas, lo cual podría permitir la creación de microagujeros negros. Los agujeros negros son regiones del espacio en donde hay tal cantidad de masa concentrada que se genera un campo gravitatorio tan grande que ni la luz puede escapar de él. Sin embargo, si la radiación de Hawking se confirma (la cual predice que en el borde de un agujero negro se va emitiendo algo de radiación, y por tanto va disminuyendo la masa) entonces los microagujeros negros se evaporarían inmediatamente, resultando totalmente inocuos.
Se espera que en Noviembre pueda comenzar a funcionar de nuevo y que podamos certificar nuevos descubrimientos.
"End of transmission"

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