26 de marzo de 2013

Lo que compone nuestro mundo- Parte 1



Lo que compone nuestro mundo y que lo mantiene unido.
Parte 1: Un zoológico de partículas elementales


En el originalmente pensado átomo como la unidad más pequeña e indivisible, resultó que se compone de una serie de partículas elementales. De los bloques fundamentales del núcleo atómico (Quarks), leptones (por eje. electrones) y partículas de fuerza (bosones de gauge), que intermedian la interacción entre las partículas. ¿Pero que le da la masa a la partícula? ¿Cuál es el rol fundamental del recién descubierto bosón de Higgs?


De Manfred Jeitler para el Science-blog


El año pasado en el centro de investigación CERN en Ginebra, se descubrió la partícula de Higgs, esto seguramente ustedes ya lo sabían ¿Pero cuál es la importancia de esta misteriosa partícula? ¿Para que la necesitamos? Se oye decir que esta partícula crea la materia. ¿Qué significa esto? ¿A caso flotaríamos libres sin peso por el espacio sin esta partícula? Esto sería agradable en las subidas, pero también muy molesto, si al más pequeño salto de alegría sin resistencia saldríamos al espacio y cada uno de nosotros estaría sentado en un asteroide al igual que el Principito de Saint-Exupéry. Estaríamos algo solitarios allí. ¿Han salvado los físicos del CERN al mundo de su destrucción, con su descubrimiento del año pasado, quizás en el último minuto poca antes de navidad?  A veces a esta cuestionada partícula también se la llama como la “partícula de Dios”. ¿Quiere decir esto que los físicos descubrieron a Dios con sus aparatajes?


Nada de esto – por lo fascínate que esto pueda sonar. La partícula de Higgs no “crea” masa – esta partícula ya existía antes de ser descubierta. Pero realmente tiene algo que ver con la masa de las demás partículas elementales. (Lo que es una partícula elemental ya lo señalaremos en seguida). La provocativa expresión “partícula de Dios” no tuene nada que ver con la realidad. El premio Nobel norteamericano Leon Ledermann, en su libro sobre la partícula de Higgs escribió que hace tiempo que fue pronosticado, pero difícil de encontrar, por esto quiso llamarla la “partícula maldita por Dios” (godamm particle), del mismo modo como nosotros a veces increpamos. “Dónde cresta  están mis lentes”. Maldiciones blasfemas  en general no son muy “cool” en los EEUU, por esto se cambió su nombre a “partícula de Dios”. Algunos físicos creen en Dios otros no. Pero difícil que haya alguien que le atribuye la creación de justamente esta partícula, pero no el resto de los componentes dfe nuestro mundo
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El Zoológico de las partículas elementales


¿Y cuál es el asunto ahora con estos componentes? Primeramente el mudo es un despelote de personas, autos, árboles, bichos y otros objetos. Ya en la antigüedad se trató  poner en orden este embrollo, y referir todo lo existente en el mundo cuatro elementos. Esto no funcionó del todo. La claridad llegó con la química del siglo 19 con Mendeléyev y otros cuando desarrollaron el Sistema Periódico de los elementos. Ahora sabemos, que en lo esencial el mundo se compone de átomos, de los cuales apenas existen unos cien tipos diferentes. Este Mendeléyev mostró mucho coraje, ya que en si tiempo muchos elementos de sus sistema periódico aún no se habían descubierto. De cierto modo en su mapa dejó muchas partes en blanco que posteriormente con el correr del tiempo fueron llenados cuando se descubrieron nuevos elementos.  Uno de estos ejemplos es el elemento Helio, que recién un tiempo después se pudo comprobar su existencia en el Sol.


“átomo” en griego significa “ lo indivisible”, originalmente se atribuye este nombre a Demócrito, y fue vuelto a usar en la moderna química y física. Desgraciadamente esto engañoso, pues como se sabe los operadores de las centrales eléctricas nucleare, se ocupan de esto con mucho entusiasmos fragmentando átomos. Se descubrió, que los átomos se componen por otras partículas – protones, neutrones y electrones. Se reveló que los protones y los neutrones, que también por su lado, se componen de partículas, los tal llamados “quarks”, el nombre fue inventado por el físico norteamericano Gell-Mann que extrajo este nombre de un libro de James Joyce (de “Finnegans Wake”, James Joyce es mucho más difícil de comprender, que la física de las partículas elementales, y por esto tampoco les puedo decir porqué justamente se eligió este nombre). A los electrones y los quarks se les llama “partículas elementales”, porque hasta hoy  se ha detectado en ellos ninguna estructura interna. Por lo tanto son “elementales” en el sentido, que estos – por lo menos según los conocimientos actuales –no están formados por otros bloques.



Sin embargo, en los rayos cósmicos y en los experimentos con los aceleradores, se han encontrado una buena cantidad de otras partículas elementales, que en realidad no son “necesarias” para formar la materia. Para esto realmente – así parece a primera vista – sólo tres partículas: : Dos quarks (un quark “up” y un quark “Down”, de los cuales podemos componer los protones y los neutrones) y el electrón. Pero existen otra serie de partículas, que se componen de otros tipos de quarks (con nombres atractivos como “strange”, “charm”, “bottom” y “top”), y también partículas elementales que están emparentadas con el electrón  (el Myon, el Tau y varios neutrinos.) Pero estas partículas no son estables se desintegran en muy corto tiempo (“desintegrar” sin embargo no significa, que se separan en sus componentes, las partículas elementales no se comp0nen de varios bloques. Más bien significa que estas partículas se transforman en varias partículas más livianas). A pesar de ello, estas partículas inestables existen en la naturaleza: Son generados cuando partículas altamente energizadas de la radiación cósmica colisionan con los átomos de la atmósfera terrestre.


Interacciones entra las partículas
      

Pero lo que es absolutamente necesario, para poder describir a la naturaleza, es lo que causa la interacción entra las partículas. Seguramente usted  ya ha escuchado, que los cuerpos con carga eléctrica se atraen, cuando porta cargas diferentes (negativa y positiva) y se rechazan cuando l carga es la misma. A esto se le llama “interacción electromagnética”. A pesar de esto, varios protones (de carga positiva) pueden estar juntos en un núcleo, sin que este estalle. Para esto, según nuestra comprensión, es responsable otra interacción (la tal llamada interacción “fuerte”). Que una piedra se cae al suelo cuando la soltamos, es gracias a la gravitación. Y finalmente, en desintegraciones radioactivas, observamos una cuarta interacción, que llamamos interacción “débil”.  
 


¿Pero cómo se originan estas interacciones? ¿Cómo sabe un electrón. Que frente al él se encuentra un protón y ha de ser atraído por este? ¿De dónde sabe la piedra en qué dirección se llega al suelo? ¿De dónde saben dos protones, en un núcleo atómico,  que deben permanecer juntos? De acuerdo a nuestra actual comprensión pareciera, que esto es obra de otro tipo de partícula, similar a como son mantenidos juntos los ladrillos   por la argamasa. Uno se lo puede imaginar quizás, cómo dos perros que pelean por un hueso, manteniéndose juntos de este Una interacción rechazante es posible imaginarse como una pelota, que por personas en dos botes, es lanzada de un al otro lado, con lo cual los botes se alejan uno del otro. Pero esto no es figurativo o una parábola: Estas partículas fueron realmente descubiertos y se ha logrado comprobarlos mediante instrumentos (llamados “detectores”). 


El modelo estándar de las partículas elementales 


Esto es bastante complicado ¿No es cierto? Nuestro querido Mendeléyev, hizo tan simple y claro al mundo. También los átomos parecen estar compuestos sólo por protones, neutrones y electrones. Pero ahora llegan estos físicos y descubren en la radiación cósmica y en los experimentos con los aceleradores, un montón de diversas partículas, y nuevamente nos encontramos un tremendo revoltijo. ¿Quién ha de recordarse de todos estos “mesones-K”, “lambda hiperones, “bariones” y “leptones tau”, y las muchas otras partículas con nombres exóticos? Tampoco los físicos estaban muy felices con esto, y a veces suspiraron frente al descubrimiento de una nueva partícula: “¿Quién ordenó esto?” o “¡En vez de otorgarle un premio Nobel, le deberían imponer una fuerte multa!”. Pero con el tiempo, este tal llamado “zoológico de partículas” en el cual realmente bulle de seres exóticos como en un parque zoológico, se ha detectado un orden y algo perecida a un sistema periódico, el “modelo estándar de partículas elementales. En él existen sólo unas pocas partículas elementales: Quarks, “leptones” (estas son partículas que están emparentadas con los electrones) y “bosones gauge” (las partículas de fuerza, que gestionan la interacción – o sea, como el hueso por el cual se pelean los perros, o las pelotas que son lanzadas de un lado a otro).


Quizás lentamente comienza usted a creer que me hago culpable aquí, de una disgregación del tema. Le prometo explicar +le la partícula de Higgs, pero ahora hablo de cualquier cantidad de partículas, interacciones y modelos. Pero ahora llego al punto: Esta partícula de Higgs es un componente esencial del modelo estándar: Observe el cuadro de este modelo estándar, donde se encuentra en el medio de quarks, leptones y partículas fuerza 
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                  Figura 1: El modelo estándar de la partículas elementales con la partícula Higgs central
                  Kräfte = Fuerzas


¡Pero hasta ahora último no había sido encontrado experimentalmente! Era algo parecido, como el elemento helio en el sistema periódico de Mendeleyef: Una mancha blanca en un mapa. El modelo estándar fue desarrollado en los años setenta del siglo 20.  Muchos de sus componentes a la sazón ya eran conocidos., Con el correr de los años se encontraron el resto de las partículas pronosticadas, sólo este maldito… perdón, esta partícula difícil de evidenciar no se dejaba descubrir. Y debido a que los físicos durante tanto tiempo la persiguieron sin éxito, ahora naturalmente se alegran mucho, haberla descubierta finalmente.


Nota.- Estre aporte está dedicado a mi amigo y colega Laurenz Widhalm, un físico entusiasta, que se ha comprometido especialmente de acercar la física al público en general y en especial a la juventud, desgraciada menta nos ha abandonado demasiado temprano.


Fuente: http://www.science-blog.at

Traducido del alemán por A.Gundelach, con la gentil autorización del Dr. Manfred Jeitler


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