LHC rap (o el rap del Gran Colisionador de Hadrones).

Después de bastante tiempo esperando el momento para subir este… no sé como llamarlo. Hoy, por fin, lo pongo. Supongo que ya lo conoceréis todos.

• Veintisiete quilómetros de túnel bajo tierra
• inteligentemente diseñado para enviar protones a su alrededor,
• un círculo que cruza Suiza y Francia,
• sesenta naciones contribuyendo al avance de la cencia.
• Dos cañones de protones dando vueltas por el anillo que los conduce,
• y en el corazón de los detectores deben colisionar,
• y toda la energía liberada en esa recogidita y pequeña habitación
• se convierte en masa (E = m c2), partículas creadas de la nada.
• Y entonces…
• LHCb ve hacia donde se dirige la antimateria,
• ALICE observa las colisiones entre iones de cobre
• CMS y ATLAS tienen la misma función:
• están buscando cualquier nueva partícula que puedan encontrar.
• El LHC acelera los protones y el cobre,
• y las cosas que descubra chocarán en tu cabeza.
• Nosotros vemos asteroides y planetas, montones de estrellas,
• sabemos que los agujeros negros residen en cada núcleo galáctico.
• Pero ni siquiera toda esa materia puede explicar qué es lo que mantiene
• todas las estrellas juntas. Tiene que haber algo más.
• Si la materia oscura interactúa solo a través de la gravedad,
• ¿cómo vamos a ver una partícula que no se puede ver?
• Llévala a la conservación de la energía
• y las partículas aparecerán tan claras como quieras.
• Tú ves partículas volando a través de haces
• y observas que algo está yendo en otra dirección.
• “¡Mi ley de conservación ha sido violada!”
• “¡No puede ser!”
• “¡Tiene que haber otra partícula que equilibre esta balanza!”
• Tal vez sea la materia oscura, y por primera vez
• creemos que entendemos mejor el Universo
• porque…
• LHCb ve hacia donde se dirige la antimateria,
• ALICE observa las colisiones entre iones de cobre
• CMS y ATLAS tienen la misma función:
• están buscando cualquier nueva partícula que puedan encontrar.
• La antimateria es como el antagonista de la materia
• porque excepto en la carga y en la dirección de su spin
• son lo mismo que una partícula y su gemela.
• Pero tú no le puedes presentar a una partícula a su compañera
• porque cuando se conocen se aniquilan,
• se transforman en energía y se disipan.
• La materia es creada por energía,
• y eso exactamente lo que ellos hacen en el LHC:
• cogen materia y antimateria en partes iguales,
• y tratan de recontruír cómo empezó el Universo:
• el Big Bang.
• Todo era oscuro cuando la materia explotó
• y la atimateria quedó en dsventaja de algún modo,
• porque cuando miramos al espacio la materia abunda,
• pero a la antimateria no hay modo de localizarla.
• Y es por eso que…
• LHCb ve hacia donde se dirige la antimateria,
• ALICE observa las colisiones entre iones de cobre
• CMS y ATLAS tienen la misma función:
• están buscando cualquier nueva partícula que puedan encontrar.
• El LHC acelera los protones y el cobre,
• y las cosas que descubra chocarán en tu cabeza.
• El bosón de Higgs, es de lo que todo el mundo habla,
• y es la única partícula que seguramente esta máquina encntrará.
• Si el Higgs existe iremos por el buen camino,
• y si no, los científicos por fin dirán:
• “¡No hay Higgs! ¡Necesitamos una nueva teoría física
• que explique por qué las cosas tienen masa!
• ¡Algo en el modelo estándar va mal!”
• Pero el Higgs, aún no he dicho qué es lo que hace.
• Ellos suponen que las partículas tienen masa porque
• hay un campo de Higgs que se extiende por todo el espacio
• y hace a algunas partículas moverse despacio mientras otras correr velozmente
• como el fotón, que no tiene masa,
• aunque algo más pesado como un quark
• se ve muy afectado.
• Y el Higgs es un bosón que porta una fuerza
• y da masa a las partículas según su interacción.
• Ellos lo detectarán…
• Cuando LHCb ve hacia donde se dirige la antimateria,
• ALICE observa las colisiones entre iones de cobre
• CMS y ATLAS tienen la misma función:
• están buscando cualquier nueva partícula que puedan encontrar.
• Alguno de vosotros podría pensar que la gravedad es fuerte
• porque cuando caes de tu bicicleta
• no te lleva mucho llegar al suelo y decir “¡Qué daño!”
• Pero si piensas que esta fuerza es poderosa estás equivocado.
• La gravedad es la más débil de las fuerzas
• y el motivo por el que los científicos la estudian.
• Ellos piensan en las dimensiones, vivimos en tres,
• aunque tal vez haya otras que son muy pequeñas.
• Dentro de esas dimensiones la gravedad se extiende,
• y po eso nosotros la vemos limitada desde aquí.
• Y esas dimensiones están enrolladas
• a tan diminuta escala
• que no te afectan en tu vida diaria.
• Pero si fueses tan pequeño como un gravitón
• podrías entrar en esas dimensiones e ir reflexionando sobre ellas
• Y ellos te encontrarían, cuando…
• LHCb e hacia donde se dirige la antimateria,
• ALICE observa las colisiones entre iones de cobre
• CMS y ATLAS tienen la misma función:
• están buscando cualquier nueva partícula que puedan encontrar.
• El LHC acelera los protones y el cobre,
• y las cosas que descubra chocarán en tu cabeza.

Sabéis que no creo en la mitad de las cosas que estuian ahí (el bosón de Higgs, los gravitones, la antimateria en desventaja…), pero es otro punto de vista y todavía nadie lo ha podido desmentir.

Por cierto, la traducción la hice más o menos. Es decir, no está dicho todo exactamente igual, aunque la idea es la misma.

¿Para qué buscar gravitones teniendo Relatividad General?: Así veo yo el conflicto de la gravedad cuántica

Después de una semana sin hacer una entrada “mía”, hoy voy a tratar este tema que dejé caer el pasado domingo en líneas generales .

Y es que la gravedad, por mucho que la gente “no científica” (deberían inventar un palabra con ese significado) opine que ya está descifrada, es algo muy complejo y que creo que todavía le queda mucha guerra que darnos.

Hoy voy a retocar algunos puntos más que vistos, pero básicamente será todo teórico.

La cuestión principal de esta entrada, pues, será, ¿qué es la gravedad?

Según la ley de Newton dos masas interaccionan atrayéndose entre ellas por el simple hecho de existir, viéndose esta interacción incrementada con la cantidad de masa de cada parte, y disminuida por la distancia entre ellas. No obstante, esta relación será tan suave que solo cobra significancia al tratar con astros y demás aglomeraciones sustanciales de materia.

Teniendo esto en cuenta, si reflexionamos sobre la teoría de la materia oscura a mi se me hace contradictoria con la ley de Newton. Es decir, si la gravedad viniese dada por la interacción entre masas, ¿por qué habría de ser más fuerte la atracción de La Tierra sobre los cuerpos de su superficie que de toda la materia oscura que nos rodea por ahí fuera? Algo no encaja, o la gravitación universal o el “éter” espacial.

La Teoría General de la Relatividad, recordemos, explicaba que la gravedad era una manifestación del espacio tridimensional curvo. La materia era una alteración de la linealidad del espacio, una curvatura en su estructura, y las partículas o curvas se desplazaban a través de este procurando seguir la línea más recta posible, que ha sido alterada por las curvas materiales.

El ejemplo típico para entender esto es el de la luz.

Supongamos un conjunto de cuerdas perpendiculares y paralelas entre si que definen tres direcciones en el espacio (como una jaula). De repente uno de los cubos imaginarios formados por estas cuerdas se dilata, empujando a los demás y comprimiéndolos. Esa dilatación implicaría una curvatura sobre la rectitud original. Pues bien, supongamos ahora que esa curvatura es un planeta y que las cuerdas son la trayectoria más recta para unir dos puntos del conjunto. Imaginaos un punto de una cuerda que va a ser curvada mas adelante para volver a la rectitud, donde ubicaremos otro punto sobre la misma. La línea que los une no es recta, y sin embargo es la más corta adaptándose a la curvatura del espacio.

La luz, por demostración, hace lo mismo cuando en su trayectoria se cruza con un planeta: se bifurca y rodea al mismo para adaptarse a la curvatura que genera. Evidentemente no toda la luz hace eso. Algunas porciones de ella se desvían de la línea recta (propiedad ondulatoria) e iluminan el astro en cuestión.

Ahora bien, en el momento en que un cuerpo curvo se acerca a una curvatura mucho más considerable que la suya, ambas prácticamente se superponen, y quedan ligadas. Ésto se debe a que cada curvatura del espacio tiene un flujo o movimiento de rotación que obliga a las curvas (o partículas) cercanas a pegarse a ella. (Principio de igualación en rozamientos a gran velocidad: cuando un cuerpo lento roza con uno más rápido, el más ligero de los dos se adapta a la velocidad del otro y genera una fricción).

Haciendo una superposición, obtendríamos que una curva muy grande ligaría a su superficie todas las demás curvas pequeñitas que encontrase, adaptándolas a su rotación, y así a gran escala: nosotros seríamos una curva añadida a la curva terrestre, que es una curva añadida a la curva del sitema solar, que es una curva más del universo. Todo son curvas esféricas con sus propios movimientos de rotación, que se mueven en el interior de una gran curva infinita, pero limitada, ya que si no no podría ser curva.

Al estar girando cada curva alrededor de una curva más grande, y a la vez estar oprimida por las que la rodean, tienen una fuerte tendencia a buscar el centro de las curvas que las han adoptado, y lo hacen adaptándose a la fuerza centrípeta del movimiento de rotación de esta.

Eso es, para mi, la gravedad. Una fricción muy fuerte entre dos curvaturas debida a la rotación de la más grande de ellas. Enfoque perfectamente compatible con la materia oscura (serían curvitas más pequeñas incapaces de agarrar otras curvas a su rotación), y que eliminaría de golpe el problema de buscar un bosón para la interacción gravitatoria.

Sin embargo, hay quienes prefieren complicarse la vida y han elegido opinar que la Relatividad General es falsa. Consecuentemente, su gravedad no es consecuencia de un movimiento circular, sino de una interacción entre masas, tal y como vaticinaba Newton. La apuesta de este enfoque según la Mecánica Cuántica es el gravitón, partícula imaginaria que supuestamente envía un átomo a otro para atraerlo hacia él.

¿Puede ser verdad? No seré yo quien lo niegue, pero a mi a día de hoy no me convence. Son ganas de complicar el asunto. Además no entiendo por qué no gusta la curvatura de la materia si, en definitiva, la Teoría Cuántica de Campos poco de diferencia de ella. ¿Qué más da enfocar la materia como una curvatura de nuestra dimensión que enfocarla como una interacción entre campos, si además la primera resume la gravedad a un problema geométrico?

Por más que lo pienso de verdad que no me puedo explicar el empeño de esta gente en seguir explicando algo ya aclarado para algunos.

A Einstein no le gustaba la Mecánica Cuántica. Supongo que a los Físicos Cuánticos tampoco les gusta Einstein y por eso intentan desacreditarle vagamente. Y supongo también que como Hawking desarrolla sus teorías en base a la Relatividad y la física de hoy la dirige la Cuántica no le quieren dar el Nobel por eso.

Tal vez esté suponiendo mucho, no sé, aunque algo me dice que no voy mal encaminado…

Mi humilde opinión.

Física actual: del Big Bang a los agujeros negros pasando por la materia oscura junto a Stephen Hawking, las 4 fuerzas, aceleradores, detectores, LHC, bosón de Higgs o partícula divina

Después de todas las grandezas que destacaron en la física del siglo XX, más o menos hasta los 60, la ciencia ha decaído a lo grande. La física de los últimos 30 años se califica, en comparación con las anteriores etapas, de fracasada.

Ésto se debe a que en lo referente a la Teoría Cuántica, por ejemplo, tan solo han verificado la existencia de partículas ya vaticinadas por los grandes, y lo demás que han hecho es todo puro desarrollo hipotético.

Hoy veremos algunas de las teorías que rigen la actualidad científica, todas ellas con grandes baches de por medio.

La figura más célebre de estos momentos, sin duda alguna, es Stephen Hawking, conocido sobre todo por sus publicaciones: “Del Big Bang a los agujeros negros”, “Una breve historia del tiempo”, “El Universo en una cáscara de nuez”, “300 años de gravedad”, “100 años de Relatividad”, y más recientemente “Grandes obras de Albert Einstein”.

Su mérito personal ha sido la popularización de agujeros negros en base a las interacciones gravitatorias. La teoría fundamental de la gravitación explica que cuando un cuerpo es fuertemente atraído por otro describe órbitas elípticas a su alrededor (primera ley de Kepler), y que la fuerza con la que el el cuerpo de dentro atrae al de fuera es:

• Fg = G m m’ / r^2 (ley de gravitación de Newton).

Asimismo, un cuerpo que describe una órbita para seguir su trayectoria rectilínea a través de la curvatura del espacio producida por la materia (Teoría General de la Relatividad) posee una energía cinética:

• Ec = m v^2 / 2

, y una energía potencial:

• Ep = – G m m’ / r.

La suma de estas dos energías, para que la energía total se conserve, debe ser constante:

• Ec + Ep = 0

, o lo que es lo mimso:

• ΔEc = – ΔEp.

De esa última ecuación podemos pasar a sustituir:

• Δ(m v^2 / 2) = – Δ(G m m’ / r).

Tras haber sustituido, las masas del cuerpo atraido (m) desaparecen de los dos miembros:

• Δ(v^2 / 2) = Δ(G m’ / r).

Ahora bien, sabemos que esta igualdad se va a cumplir siempre porque “G” es una constante de gravitación (6,37 x 10^-11 m3 / kg s2), la masa que atrae “m’” en general también lo va a ser, y “v^2″ y “r” se complementan a lo largo de la órbita para conservar la velocidad areolar (segunda ley de Kepler).

Sabiendo esto, para que un cuerpo atraido escape de su órbita estacionaria su velocidad tiene que ser estrictamente mayor a la que le proporciona el giro en la órbita. Si despejamos la velocidad en la igualdad de arriba:

• v = [2 G m' / r]^½.

La velocidad de escape es igual a la raíz del doble del producto de la constante de gravitación y la masa, dividido entre el radio de distancia.

La velocidad de escape incrementa con la masa atrayente (o con la curvatura del espacio según se mire) y disminuye con el radio. Más resumido aún, la velocidad de escape incrementa con la densidad de aquéllo por lo que el cuerpo es atraído. Entonces, ¿qué pasa cuando un cuerpo es tan denso que la velocidad de escape nos resulta superior a la de la luz? Se produce un agujero negro. Hay tanta masa atrayendo en tan poco espacio que ni siquiera la luz puede escapar de esa trampa, por lo que no emite radiaciones lumínicas. Y si la luz, que es “lo más rápido”, no puede escapar, mucho menos lo hará todo lo demás que se aproxime al agujero (“lo más rápido” está entre comillas porque recordemos que la Teoría de los Multiversos contradice esta afirmación).

Expeculaciones acerca de qué pasa cuando te absorbe un agujero negro:

La primera de ellas es que cuando te absorbe tu velocidad orbital, (antes calculada) es superior a la de la luz, por lo que según las fórmulas de la Teoría Especial de la Relatividad te desintegrarías a ojos de un observador exterior, a la vez que te harías eterno. El cómo se viviría eso desde dentro evidentemente es una incógnita.

La segunda, algo más popularizada, explica que los agujeros negros son conexiones con otras dimensiones (curvaturas del espacio-tiempo tan grandes que entremezclan la red dimensional), y que cuando te absorbe uno de ellos apareces en otro Universo que, si siguiese las misma leyes que el nuestro, también poseería agujeros negros que enviarían cosas desde allí hasta aquí.

La tercera y la que tiene menos base explica que lo que se traga un agujero negro lo escupe un agujero blanco. ¿Y qué es un agujero balnco? Pues si el negro es la máxima acumulación de masa-energía, el blanco sería la máxima liberación de masa-energía. No obstante, nunca nadie ha observado una actividad de esas características en el espacio.

La primera y la segunda teoría son perfectamente compatibles con la teoría del Big Crunch, que consiste en explicar que el universo se expande y, cuando llega a su máxima expansión, se vuleve a comprimir en un súper agujero negro con toda la materia que, al estar tan comprimido, explota dando lugar a un nuevo Big Bang. De este modo obtendríamos el Universo cíclico: Big Bang, Big Crunch, Big Bang, Big Crunch…

La tercera teoría sería más utópica, puesto que supondría la existencia de algo que haría frente en todo momento a los agujeros negros, evitando la compresión universal.

Sin embargo, hay algo que no acaba de cuadrar. La gravedad se supone que se propaga a través de la materia, y el espacio aparentemente está vacío. Es por eso que la suposición de que existe una materia oscura resulta tan atractiva para explicar la propagación de señales ondulatorias en el espacio. Además, ellos aseguran de que conocemos el 5% de la composición del Universo, y esta materia podría incrementar considerablemente ese porcentaje. Sin embargo, me gustaría que alguien me explicara cómo puedes saber tu porcentaje de conocimiento sobre un tema desconociendo cuánto vale en su total.

Y vamos ahora con las cuatro fuerzas. Desde el comienzo de la filosofía natural, hay dos tipos de corrientes conr especto a la estructura del Universo: los “simplicistas” y los “no simplicistas”. Los primeros, que son los que hoy en día hacen la física, opinan que nuestro Universo, una vez se conocen todos sus fenómenos y sus leyes, se reduce a algo muy simple. Es decir, opinan que todos los fenómenos se pueden reducir a uno solo. Así pues, uno de los grandes retos para los científicos es relacionar todas las fuerzas existentes.

La primera descubierta de todas ellas fue la gravitatoria por Isaac Newton. La segunda y la tercera fueron la eléctrica y la magnetica, fusionadas por Michael Faraday en la electromagnética, de la que décadas después se haría responsable al fotón. La cuarta fue la nuclear fuerte, capaz de mantener unidos a los protones de carga positiva en el núcleo del átomo, unas cuantas veces superior a la electromagnética, pero de menor radio de acción (subatómico). La quinta fue la nuclear débil, responsable de que los electrones girasen alrededor del núcleo.

Así que, en resumen, tenemos la gravitatoria, las nucleares y la electromagnética. Supuestas todas ellas semejantes, y sabiendo que la electromagnética se desarrolla en base a los fotones, todas las demás deberían desarrollarse según otras partículas transmisoras de fuerza. A estas partículas se las denominó bosones. El bosón de la fuerza electromagnética, insisito, es el fotón, y el de la nuclear débil se supone que también. De la nuclear fuerte últimamente se acusa al gluón (de “glue”, pegamento en inglés), la cual no se sabe que exista, pero que se supone que “pega” a los nucleones en el núcleo. Y por último el bosón de la interacción gravitatoria sería el gravitón, el cual es el menos probable que exista.

Para aquéllos que anteponemos la Relatividad a la Teoría Cuántica, la estructura de la materia como curvatura dle espacio-tiempo y la gravedad como manifestación de este curvatura es más que suficiente, sin necesidad de buscar gravitones. De hecho, esta incompatibilidad Gravedad Relativista – Gravedad Cuántica ha sido uno de los mayores caos del siglo pasado.

Ahora bien, el método de localización de estas imaginarias partículas son los aceleradores. Los aceleradores son grandes estructuras circulares en las cuales se introducen micropartículas (protones, electrones, neutrones, iones, positrones, etc), se las hace girar empujados por campos electromagnéticos, y cuando alcanzan velocidades próximas a la de la luz se las hace chocar, para observar qué tipo de partículas salen despedidas.

La observación se lleva a cabo en los detectores, que consisten en cámaras de burbujas que, al ser atravesadas por las partículas, dejan gravada su huella, que después es analizada por los científicos. Según la calidad del acelerador, la cámara de burbujas puede ser líquida o gaseosa, siendo más efectiva la segunda.

El acelerador más moderno (extrenado el pasado 10 de Septiembre) es el LHC, ubicado en el laboratorio CERN (Suiza). Este súper acelerador de 27 km de radio alcanzará en sus experimentos de verdad energías de billones de electrónVoltios y, además, consta de cuatro detectores: LHCb, ALICE, CMS y ATLAS.

LHCb tratará de buscar hacia dónde se dirige la antimateria que surja en los experimentos (hacia el pasado según la Teoría de los Multiversos). ALICE analizará las colisiones entre iones de cobre, y los otros dos serán los encargados de encontrar nuevas partículas, entre ellas el bosón de Higgs o partícula divina.

El bosón de Higgs, como todos los demás bosones, es el encargado de transmitir una fuerza, en este caso la que daría masa a los cuerpos, y al ser tan pequeño como que nunca nadie lo ha detectado, se manifestará más como campo ondulatorio que como campo corpuscular, tal y como explica la Teoría Cuántica de Campos.

La teoría de Higgs, mucho más atrevida que la Relatividad en sus momentos, supone que las partículas tienen masa porque interaccionan con este campo de Higgs, y en función de la fuerza con la que interaccionen tienen más o menos masa, siendo el fotón inalterado por dicho campo. La existencia de este fenómeno supondría que la Relatividad debería de ser reestudiada, porque supondría una nueva explicación a lo que Einstein llamó dilatación de la masa con la energía.

A ello se debe que los fieles a la Relatividad opinemos que el bosón de Higgs probablemente no sea encontrado en los experimentos del LHC. Se rumorea incluso que Hawking apostó 100 $ a que no aparecería.

Y con esto, mis queridos lectores, concluyo mi repaso a mis conocimientos de física antes de entrar en la Universidad.

Un cordial saludo.