EL GRAN COLISIONADOR DE HADRONES
Serie de 6 notas continuas
por WALTER ERNESTO CELINA
Serie de 6 notas continuas
por WALTER ERNESTO CELINA
Vista del detector CMS del LHD(2007). Foto Maximilien Brice/CernNOTA 1
EN BÚSQUEDA DE LA “PARTÍCULA DIVINA”
Los titulares de prensa acaban de dar cuenta de una noticia distinta, acaso poco comprensible, referente al Gran Colisionador de Hadrones, por su sigla LHC, que en inglés corresponde a la denominación Large Hadron Collider.
¿De qué se trata?
En términos generales, tiene que ver con un mega proyecto de investigación física que pesquisa la estructura de la materia y las interacciones que la gobiernan. Aceleradores de partículas, provocando energías muy elevadas generan colisiones, para componer una visión de la materia tal como fue momentos después de producido el Big Bang, la instancia creacional del universo.
Es la inteligencia penetrando en los secretos de la naturaleza y archivando viejos mitos.
En sucesivas notas nos iremos instalando, de modo abocetado, en un conjunto de asuntos que rodean la cuestión central.
Volvamos ahora al LHC, haciendo un poco de historia.
En 1954, período de acentuación de la guerra fría -que enfrentó a países del bloque capitalista con los del “socialismo real”-, se instituye en Europa la Organización de Investigación Nuclear o CERN (en francés, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).
Su sede se ubicó en las proximidades de Ginebra (Suiza), en el poblado de Meyrin, limítrofe con Francia.
En 1995 el círculo de países que integran el CERN se había ampliado, teniendo un presupuesto declarado de 910 millones de francos suizos.
Vinculaba unos 6.000 científicos y 3.000 empleados.
Al año 2000 un gran colisionador de partículas estaba operativo en un túnel subterráneo, a 100 metros de profundidad, abarcando una circunferencia de 27 kilómetros.
Entonces, electrones y positrones girando en sentido contrario, con velocidad próxima a la de la luz -en el vacío de un tubo estrecho- proporcionaron pruebas suficientes confirmatorias de la teoría del modelo estándar. Según ésta, la materia está formada por unas partículas, los fermiones, mientras que las fuerzas corresponden a la interacción o intercambio de otras, llamadas bosones. El experimento corroboró la unificación electrodébil, lo que conduce a explicar la fuerza electromagnética y otros fenómenos que rigen la desintegración de los núcleos atómicos.
Lo que antecede no es de la más inmediata comprensión, ni resulta posible condensarlo en la brevedad de un artículo de difusión. Sin embargo, en las sucesivas entregas podrá progresarse en algunas nociones básicas de la temática, hasta alcanzar una aproximación al concepto de partícula divina.
¿De qué se trata?
En términos generales, tiene que ver con un mega proyecto de investigación física que pesquisa la estructura de la materia y las interacciones que la gobiernan. Aceleradores de partículas, provocando energías muy elevadas generan colisiones, para componer una visión de la materia tal como fue momentos después de producido el Big Bang, la instancia creacional del universo.
Es la inteligencia penetrando en los secretos de la naturaleza y archivando viejos mitos.
En sucesivas notas nos iremos instalando, de modo abocetado, en un conjunto de asuntos que rodean la cuestión central.
Volvamos ahora al LHC, haciendo un poco de historia.
En 1954, período de acentuación de la guerra fría -que enfrentó a países del bloque capitalista con los del “socialismo real”-, se instituye en Europa la Organización de Investigación Nuclear o CERN (en francés, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).
Su sede se ubicó en las proximidades de Ginebra (Suiza), en el poblado de Meyrin, limítrofe con Francia.
En 1995 el círculo de países que integran el CERN se había ampliado, teniendo un presupuesto declarado de 910 millones de francos suizos.
Vinculaba unos 6.000 científicos y 3.000 empleados.
Al año 2000 un gran colisionador de partículas estaba operativo en un túnel subterráneo, a 100 metros de profundidad, abarcando una circunferencia de 27 kilómetros.
Entonces, electrones y positrones girando en sentido contrario, con velocidad próxima a la de la luz -en el vacío de un tubo estrecho- proporcionaron pruebas suficientes confirmatorias de la teoría del modelo estándar. Según ésta, la materia está formada por unas partículas, los fermiones, mientras que las fuerzas corresponden a la interacción o intercambio de otras, llamadas bosones. El experimento corroboró la unificación electrodébil, lo que conduce a explicar la fuerza electromagnética y otros fenómenos que rigen la desintegración de los núcleos atómicos.
Lo que antecede no es de la más inmediata comprensión, ni resulta posible condensarlo en la brevedad de un artículo de difusión. Sin embargo, en las sucesivas entregas podrá progresarse en algunas nociones básicas de la temática, hasta alcanzar una aproximación al concepto de partícula divina.
(Nota: Las palabras señaladas en letra cursiva pertenecen a la física, por lo regular. Su significado se irá aclarando en las notas venideras por efecto del contexto o en forma expresa.)
NOTA 2
DESDE LAS ANTIGUAS COSMOGONÍAS A LA FÍSICA ACTUAL
LAS CULTURAS MILENARIAS Y EL SABER GRIEGO
En la antigüedad múltiples concepciones cosmogónicas dieron respuestas a la cuestión del surgimiento del universo. Prescindiendo de las visiones de culturas de gran tradición, como la china y otras, los griegos abrieron nuevos cauces, para generar la filosofía que, en su lejana acepción, no es más que una interpretación acerca del origen del mundo y de las fuerzas o elementos que lo rigen.
La especulación, el pensamiento razonado, se suma a observaciones más decantadas. La filosofía occidental se inicia, justamente, como una reflexión sobre la naturaleza del mundo físico. Los primeros pensadores eran, antes que nada, físicos. Tales de Mileto, de Jonia (costa del Asia Menor), entre los siglos VII y VI antes de nuestra era, se interesaba por la astronomía, la meteorología y los comportamientos de la materia. Su formulación establecía que los fenómenos naturales son formas diferenciadas de una sustancia fundamental, que para él era nada menos que el agua. Anaximandro, uno de sus discípulos, sostuvo la existencia de un principio eficiente, una sustancia intangible, no visible e infinita. Con ello anticipó la idea de moderna del universo ilimitado. Anaxímenes, por su parte, volvió a sostener la existencia de un elemento central: el aire.
La escuela atomista sobrevendrá después, con Leucipo, en el siglo IV, antes de Cristo. Según su concepción, toda la materia está compuesta por partículas diminutas e indivisibles que se diferencian únicamente por sus propiedades físicas, como peso, tamaño, forma. Demócrito, formado con Leucipo, sostuvo la materialidad de la naturaleza, presentando la teoría atómica. Fundó el materialismo determinista.
Si chinos, babilonios, egipcios y mayas, observando los movimientos celestes lograron la predicción de sucesos como los eclipses, los griegos iniciaron el camino antes descrito y continuaron incorporando otras adquisiciones.
La especulación, el pensamiento razonado, se suma a observaciones más decantadas. La filosofía occidental se inicia, justamente, como una reflexión sobre la naturaleza del mundo físico. Los primeros pensadores eran, antes que nada, físicos. Tales de Mileto, de Jonia (costa del Asia Menor), entre los siglos VII y VI antes de nuestra era, se interesaba por la astronomía, la meteorología y los comportamientos de la materia. Su formulación establecía que los fenómenos naturales son formas diferenciadas de una sustancia fundamental, que para él era nada menos que el agua. Anaximandro, uno de sus discípulos, sostuvo la existencia de un principio eficiente, una sustancia intangible, no visible e infinita. Con ello anticipó la idea de moderna del universo ilimitado. Anaxímenes, por su parte, volvió a sostener la existencia de un elemento central: el aire.
La escuela atomista sobrevendrá después, con Leucipo, en el siglo IV, antes de Cristo. Según su concepción, toda la materia está compuesta por partículas diminutas e indivisibles que se diferencian únicamente por sus propiedades físicas, como peso, tamaño, forma. Demócrito, formado con Leucipo, sostuvo la materialidad de la naturaleza, presentando la teoría atómica. Fundó el materialismo determinista.
Si chinos, babilonios, egipcios y mayas, observando los movimientos celestes lograron la predicción de sucesos como los eclipses, los griegos iniciaron el camino antes descrito y continuaron incorporando otras adquisiciones.
PIEDRAS FUNDAMENTALES PARA LA CIENCIA
Así, el matemático e inventor Arquímedes (287-212 a.C.), perteneciente al centro helenístico de Alejandría, midió la densidad de los sólidos en un medio líquido, formulando la ley correspondiente. Aristarco (310-230 a.C.) estableció la distancia de la Tierra al Sol y de la Tierra a la Luna. Eratóstenes (284-192 a.C.) determinó la circunferencia terrestre. Hiparco (190-120 a.C.) el orden de precedencia de los equinocios. Tolomeo (100-170 d.C.) planteó su gran esquema de la distribución de los planetas.
La noción propuesta de átomo -unidad más pequeña posible de un elemento químico-, tal como hoy se la conoce, distaba mucho de conocerse.
La física, como campo de estudio, no surgiría hasta principios del siglo XIX. Pero, lo que venía de antes no era poco. Se había realizado con medios limitadísimos. La difusión fue dificultosa.
HACIA LA INTIMIDAD DE LA MATERIA
Recién en los siglos XVI y XVII, con la ciencia experimental, se apresura el conocimiento íntimo de la materia.
La física estudia los componentes fundamentales del universo, las fuerzas que dimanan de ellos, cómo operan entre sí y los efectos que producen. Se relaciona con las ciencias naturales y, en cierto modo, a todas las engloba. Este vínculo la une, así, con la química en cuanto trata de la interacción de los átomos para la formación de moléculas. Con la geofísica, que supone el conocimiento de la física terrestre. O con la física de la estrellas y de las ocurrencias del espacio exterior, lo que concierne a la astronomía. Los sistemas vivos y sus partículas fundamentales no se sustraen a las leyes de la física.
Materia, en términos actuales, es todo lo que ocupa un espacio, poseyendo atributos de gravedad e inercia. La materia y la energía se consideraron dos conceptos diferentes en el pasado. Sin embargo, se ha demostrado que es posible transformar la materia en energía y viceversa.
Cabe anotar que ciertas partículas elementales se combinan para formar los átomos, que a su vez se asocian para constituir las moléculas. Son las propiedades de las moléculas y su distribución las que confieren a la materia cualidades de masa, dureza, viscosidad, color, sabor, conductividad, etc.
La física estudia los componentes fundamentales del universo, las fuerzas que dimanan de ellos, cómo operan entre sí y los efectos que producen. Se relaciona con las ciencias naturales y, en cierto modo, a todas las engloba. Este vínculo la une, así, con la química en cuanto trata de la interacción de los átomos para la formación de moléculas. Con la geofísica, que supone el conocimiento de la física terrestre. O con la física de la estrellas y de las ocurrencias del espacio exterior, lo que concierne a la astronomía. Los sistemas vivos y sus partículas fundamentales no se sustraen a las leyes de la física.
Materia, en términos actuales, es todo lo que ocupa un espacio, poseyendo atributos de gravedad e inercia. La materia y la energía se consideraron dos conceptos diferentes en el pasado. Sin embargo, se ha demostrado que es posible transformar la materia en energía y viceversa.
Cabe anotar que ciertas partículas elementales se combinan para formar los átomos, que a su vez se asocian para constituir las moléculas. Son las propiedades de las moléculas y su distribución las que confieren a la materia cualidades de masa, dureza, viscosidad, color, sabor, conductividad, etc.
Una apostilla: En filosofía la materia se considera hoy como la base del mundo físico.
Ello significó la superación de la concepción filosófica idealista, sostenida por John Locke (1632-1704, inglés), continuada por el clérigo Geoge Berkeley (1685-1753, irlandés) y por David Hume (1711-1776, escocés) quienes acuñaron las expresiones “ser es ser percibido” y “pienso, luego existo”, para dar a entender que la materialidad sólo podría existir como una manifestación de la mente. Dio origen a una escuela contrapuesta al materialismo, que considera la objetividad de la materia. Las formulaciones de aquel idealismo aún subsisten. Un mundo del revés.
La unidad del conocimiento y la marcha progresiva de descubrimientos reveladores, sitúa hoy al hombre ante un jalón más de la ciencia: el Colisionador de Hadrones, hacia el que nos dirigimos en su compañía.
NOTA 3
COMPOSICIÓN Y FUERZAS DE LA MATERIA
LO MICRO
COMPOSICIÓN Y FUERZAS DE LA MATERIA
LO MICRO
El átomo es la cantidad menor de un elemento químico. Se le consideró indivisible por mucho tiempo. Lo integran un núcleo, como masa central, de peso prevalente y carga positiva. Está compuesto de nucleones (protones y neutrones). En su torno se desplazan electrones orbitales, en número característico para cada elemento químico.
Se han denominado partículas elementales a unidades de materia consideradas fundamentales. En la actualidad, las subatómicas en general, que no pueden descomponerse en otras más simples. Por ejemplo, el electrón. La física de altas energías atiende los corpúsculos elementales y sus interacciones.
Un acelerador de partículas es un dispositivo en que partículas atómicas con carga eléctrica -como protones y electrones- se aceleran por la acción de campos eléctricos y magnéticos, pasando a adquirir energías elevadísimas.
Recapitulando, puede decirse protones y neutrones son los componentes básicos de los núcleos atómicos, los que en combinación con los electrones, forman los átomos. Los fotones son las unidades fundamentales de la radiación electromagnética, que comprenden las ondas de radio, la luz visible y los rayos X. El neutrón es inestable como partícula aislada y se desintegra para dar lugar a un protón, un electrón y un antineutrino electrónico.
Vale decir, asimismo, que un átomo es de tanta pequeñez que, una sola gota de agua, contiene más de mil trillones...
En períodos previos al desarrollo de estos conocimientos, las interrogantes sobre la masa y tamaño atómicos atrajeron a investigadores que, sin instrumentos y técnicas, apelaron a procedimientos de ingenio.
Amedeo Avogadro (1776-1856), físico y químico turinés, planteó la hipótesis conocida posteriormente como ley de Avogadro. El concepto de molécula, diferenciado del de átomo, lo enunció en 1811. Se trata de la unidad mínima de una sustancia que conserva sus propiedades químicas. Puede estar formada por átomos iguales o diferentes.
Su aporte estableció que, bajo una temperatura y presión dadas, volúmenes iguales de dos gases cualesquiera contienen el mismo número de moléculas. Este planteamiento facilitó el modo de comparación de la masa relativa de las moléculas y la determinación comparativa de la masa de los átomos. Gran parte de la física y química modernas se basan en esta premisa.
Una ampliación del hallazgo de Avogadro es la teoría cinética, desarrollada por James Clerk Maxwell, Johannes Diderik van der Waals y Ludwig Boltzmann. Revelaron que las moléculas se encuentran en constante movimiento, el que aumenta con la temperatura.
Cuando la molécula está compuesta por más de un átomo se produce un fenómeno de vibración dentro de la misma y una rotación semejante a la de la Luna alrededor de la Tierra. Para percibir estos fenómenos de rotación y vibración internos se emplean técnicas como la espectroscopia o la medición del calor específico. En 1989 se determinó por primera vez el proceso completo de la reacción molecular más simple (interviniendo átomos de hidrógeno).
Cabe señalar que la física moderna al considerar la interacción entre partículas -en el planteo micro- apela a un enfoque más amplio -macro-, en el que intervienen elementos y sistemas de partículas más extensos. Se hace en la termodinámica, que determina y cuantifica las propiedades de sistemas. El método enriquece otros campos de la ciencia.
Cuando la molécula está compuesta por más de un átomo se produce un fenómeno de vibración dentro de la misma y una rotación semejante a la de la Luna alrededor de la Tierra. Para percibir estos fenómenos de rotación y vibración internos se emplean técnicas como la espectroscopia o la medición del calor específico. En 1989 se determinó por primera vez el proceso completo de la reacción molecular más simple (interviniendo átomos de hidrógeno).
Cabe señalar que la física moderna al considerar la interacción entre partículas -en el planteo micro- apela a un enfoque más amplio -macro-, en el que intervienen elementos y sistemas de partículas más extensos. Se hace en la termodinámica, que determina y cuantifica las propiedades de sistemas. El método enriquece otros campos de la ciencia.
LO MACRO
En un planteo general se señalará qué es la nucleosíntesis. Se trata del proceso por el que se formaron los elementos químicos en los primeros minutos del universo, a partir de protones y neutrones primordiales y por el que se siguen formando en el interior de las estrellas, a partir de núcleos de hidrógeno y helio.
Lo que se ve en el universo, incluido el cuerpo humano, está formado por átomos cuyos núcleos contienen material bariónico. La referencia concierne a los protones y neutrones, partículas primordiales producidas en el Big Bang, la gran explosión que dio origen al universo.
En los primeros tres minutos -aproximadamente- alrededor de una cuarta parte del material bariónico esencial se convirtió en núcleos de helio, compuestos cada uno por dos protones y dos neutrones. Menos del 1% del material bariónico básico se convirtió mediante nucleosíntesis en pequeñas cantidades de otros elementos ligeros, en particular deuterio y litio. Esta mezcla constituyó la materia prima a partir de la cual se formaron las primeras estrellas.
El proceso que libera energía en el interior de la mayoría de las estrellas es la conversión continua de hidrógeno en helio. En un primer paso, dos protones se combinan y uno de ellos se convierte en un neutrón emitiendo un antielectrón de carga positiva, o positrón. La combinación de un protón y un neutrón se denomina deuterón, el núcleo del deuterio o hidrógeno pesado. En pasos posteriores, los deuterones pasan a constituir núcleos de helio, formados cada uno por dos protones y dos neutrones. Esto es lo que sucede en el interior del Sol. Todos los demás elementos, incluidos el carbono y el oxígeno, que son tan importantes para la vida, se han formado por nucleosíntesis en el interior de las estrellas -sobre todo de estrellas más grandes- en fases posteriores de su evolución.
Los primeros en explicar y describir el fenómeno fueron el astrofísico y cosmólogo británico Fred Hoyle y sus colegas, a mediados de la década de 1950. El proceso consiste en una serie de reacciones en las que se forman sucesivamente núcleos más pesados añadiendo núcleos de helio. Cada paso libera energía.
Generar núcleos más pesados que el hierro exige un aporte de energía. Eso ocurre cuando las estrellas grandes explotan como supernovas, al final de sus vidas. La energía liberada desencadena la nucleosíntesis de todos los elementos pesados, como el uranio o el plomo, y dispersa los productos de la nucleosíntesis estelar por el espacio, donde forman nubes de gas y polvo que posteriormente pueden dar lugar a nuevas estrellas y planetas. La variedad de elementos que vemos en la Tierra, y de los que estamos formados, proceden de los restos de generaciones de estrellas anteriores.
La ciencia, paso a paso, aniquila creencias cosmogónicas que sujetaron al hombre a ideas carentes de sustento. La experiencia con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es un capítulo relevante de una nueva visión del universo, su origen y transformación.
NOTA 4
ACUMULACIÓN Y APOTEOSIS DEL CONOCIMIENTO
OPACAMIENTO Y REVITALIZACIÓN DEL SABER
ACUMULACIÓN Y APOTEOSIS DEL CONOCIMIENTO
OPACAMIENTO Y REVITALIZACIÓN DEL SABER
Tras la destrucción de la Biblioteca de Alejandría, en el siglo VII de nuestra era, un período de opacamiento turbó el desarrollo del saber humano. Las guerras de apropiación y los intereses religiosos fueron determinantes de este estancamiento.
El Renacimiento comenzará en Italia, en el siglo XIV, difundiéndose por Europa durante los siglos XV y XVI. Se manifiesta un interés por el pasado grecorromano clásico y su arte.
Hubo progresos en medicina y anatomía, especialmente tras la traducción, en los siglos XV y XVI, de trabajos de Hipócrates y Galeno. Asimismo, en el siglo XVI se tradujeron teoremas y aportes griegos a la matemática.
El itálico Galileo Galilei, a finales del siglo XVI, ya había dado un paso fundamental al aplicar modelos matemáticos a la física. A los métodos antiguos, de inducción y deducción, añadió la verificación sostenida mediante experimentos en los que empleó instrumentos de invención reciente (telescopio, microscopio, termómetro).
La geografía se transformó gracias a los conocimientos empíricos alcanzados por las exploraciones y los descubrimientos continentales y la divulgación de obras de Tolomeo y Estrabón.
Se destacan la solución de ecuaciones cúbicas y la nueva astronomía de Nicolás Copérnico, Tycho Brahe y Johannes Kepler (confirmación de la teoría heliocéntrica de Galileo).
A finales del siglo XVII se diversificó la experimentación. Evangelista Torricelli, matemático y físico italiano, empleó el barómetro; el matemático, físico y astrónomo holandés Christiaan Huygens usó el reloj de péndulo; el físico y químico británico Robert Boyle y el físico alemán Otto von Guericke utilizaron la bomba de vacío.
La culminación de esos esfuerzos fue la formulación de la ley de la gravitación universal, expuesta en 1687 por el matemático y físico británico Isaac Newton en su obra Philosophiae naturalis principia mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural). Al mismo tiempo, Newton y el filósofo y matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz sientan los principios del cálculo infinitesimal, alimentando las perspectivas científicas y el desenvolvimiento de las matemáticas.
Los descubrimientos de Newton y el sistema filosófico del matemático y filósofo francés René Descartes abrieron paso a la cultura materialista del siglo XVIII, cuya ciencia trataba de explicar los procesos vitales a partir de la relación físico-química. El notable acopio de logros influyó en las áreas sociales e inspiró el llamado Siglo de las Luces, que culminó en la Revolución Francesa de 1789.
Debe recordarse que el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier publicó el Tratado Elemental de Química, en 1789. Anunció la ley de conservación de la materia, que se transforma sin desaparecer.
Michael Faraday, investigador señero del siglo XIX, descubrió la inducción electromagnética. Ello contribuyó al desarrollo de las ecuaciones de Maxwell y llevó a la invención del generador eléctrico. Faraday también reveló las leyes de la electrólisis y caracterizó al benceno.
JUICIO DEL PREMIO NOBEL DE FÍSICA 1969
Murray Gell-Mann, premio Nobel de Física 1969, descubrió el quark, partícula del átomo de la que están formadas todas las demás. De su obra “El quark y el jaguar”, que subtitula “Aventuras en lo simple y lo complejo”, se extrae el siguiente fragmento titulado “La empresa científica”, sobre la ley de gravitación, de Isaac Newton, y la teoría de la relatividad, de Albert Einstein:
“La gravitación constituye otro caso extraordinario de ley universal. Isaac Newton elaboró la primera versión, seguida dos siglos y medio después por otra más exacta, la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.
Newton tuvo su brillante intuición sobre la universalidad de la gravitación a la edad de veintitrés años. En 1665 la Universidad de Cambridge se vio obligada a cerrar sus puertas debido a una peste, y Newton, licenciado de nuevo cuño, regresó a la casa de su familia en Woolsthorpe, Lincolnshire. Allí, entre 1665 y 1669, comenzó a desarrollar el cálculo diferencial e integral, así como la ley de la gravitación y sus tres leyes del movimiento. Además, llevó a cabo el famoso experimento de la descomposición de la luz blanca en los colores del arco iris por medio de un prisma. Cada uno de estos trabajos representó por sí solo un hito...”
LA GRAVITACIÓN TERRESTRE Y LA PLANETARIA
Es relevante la contribución de Newton al tratar fenómenos de la mecánica, al enunciar las propiedades de fuerza de la gravedad, las leyes del movimiento, al analizar los colores de la luz blanca y fundar el cálculo diferencial.
Hoy los científicos conocen que, además de la fuerza de la gravedad, existen tres más, que originan todas las propiedades y actividades observadas en el universo: refieren al electromagnetismo, la interacción nuclear fuerte -que mantiene la cohesión de protones y neutrones en los núcleos atómicos- y la interacción nuclear débil entre determinadas partículas elementales, que hace a la radiactividad.
El concepto de fuerza se remonta a la ley de gravitación universal, que reconoce que las partículas materiales, y los cuerpos formados por estas, tienen una propiedad denominada masa gravitacional. Ello hace que dos partículas cualesquiera ejerzan entre sí una fuerza atractiva (a lo largo de la línea que las une), que resultará directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Esta acción gravitatoria rige el movimiento de los planetas alrededor del Sol, así como de los objetos en el campo gravitacional terrestre. Su descaecimiento es responsable del colapso que, se acepta, constituiría el estado final del ciclo de las estrellas masivas y causa de muchos fenómenos astrofísicos.
La teoría gravitatoria de Newton fue aceptada hasta su sustitución en 1915 por la de la relatividad general, de Albert Einstein. Esta concuerda con la de Newton en cuanto a que todos los cuerpos se mueven muy lentamente en comparación con la velocidad de la luz.
En el sistema solar, los planetas y satélites viajan a velocidades del orden de decenas de kilómetros por segundo, mientras que la rapidez de la luz es de alrededor de 300.000 kilómetros por segundo. Las correcciones einsteinianas a la teoría de Newton resultan inapreciables y sólo pueden detectarse en número muy reducido. La teoría de Einstein ha superado todas las pruebas a las que ha sido sometida.
Muchos nombres trascendentes van quedando atrás en esta apretada síntesis que nos aproximará a la idea de cuál es la significación del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) hacia cuyo encuentro se dirigen estas notas.
NOTA 5
LA MATERIA EXISTE ¿Y LA ANTIMATERIA?
RETORNO AL MUNDO ATÓMICO
Partículas elementales se combinan formando átomos, que a su vez se disponen para integrar moléculas. De las propiedades de éstas han de resultar las cualidades de la materia de que se trate.
¿Existe la antimateria? ¿Qué es?
La antimateria se compone, asimismo, de partículas elementales, las que se presentan como imágenes especulares de la materia ordinaria, corriente. Así, la antipartícula del electrón, el positrón, tiene carga positiva, siendo en los demás aspectos igual al electrón. La del neutrón, que no tiene carga, difiere de este por tener un momento magnético -cualidad electromagnética- de signo opuesto. En lo demás, las antipartículas no difieren de las partículas correspondientes.
La teoría de las antipartículas fue propuesta por el físico británico Paul Dirac, en 1928. La demostración experimental ocurrió en 1932. La llevó a cabo el norteamericano Carl Anderson. El 1935 el japonés Yukawa Hideki explicó cómo se mantiene unido el núcleo, pese a la repulsión mutua de los protones. Al año siguiente Anderson y su equipo descubren una partícula de masa intermedia entre el electrón y el protón. Más adelante, el británico Cecil F. Powell revela el mesón pi o pión, cuya masa es 270 veces mayor que la del electrón. Este elemento existe en la radiación cósmica secundaria y cierra la teoría del científico japonés citado.
La existencia de antiprotones y antineutrones se confirmó en 1955, siendo observados en aceleradores de partículas.
El conocimiento de las antipartículas hoy es firme
La física de partículas y la cosmología estudian la presencia limitada de antipartículas. En el planeta partículas y antipartículas se aniquilan mutuamente al chocar, lo que produce liberación de energía.
Podrían existir galaxias distantes compuestas de antimateria, pero los métodos de confirmación directos son escasos. Los datos de universos lejanos llegan a través de fotones, esto es, por un producto de los impactos entre partículas. Se trata de unidades básicas de la radiación electromagnética (incluye ondas de radio, luz visible, rayos X).
HACIA LA FÍSICA ACTUAL
La teoría prevaleciente acerca de la estructura interna de las partículas elementales se centra en los quarks, subpartículas de carga fraccionaria. A modo de ejemplo: un protón se compone de tres quarks. Esta teoría arranca de 1964. Fue dada por los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig. Los neocleones se forman por tríos de quarks, en tanto los mesones lo hacen por parejas.
Experimentalmente se conocen cientos de partículas elementales. Se dividen por categorías. Los hadrones y leptones se definen según las fuerzas que actúan sobre ellos. Las partículas portadoras son las trasmisoras de dichas fuerzas.
Las partículas, en general, pueden clasificarse por su espín (momento angular intrínseco) en bosones y fermiones. Un espín de bosones es un múltiplo entero de una constante. En el caso de los fermiones es un múltiplo semientero.
El mundo de las partículas también es confuso -por lo menos, complejo- para los investigadores. Han sido agrupadas según la fuerza que prevalece en sus interacciones.. Las partículas, todas, se ven afectadas por la grevedad, que es débil en extremo a escala subatómica. Los hadrones soportan la fuerza nuclear fuerte y el electromagnetismo. Por el contrario, los leptones soportan la fuerza nuclear y electromagnetismo débiles. Los bosones, partículas que se asocian en las interacciones, incluyen el fotón, que opera como transmisor de ciertas fuerzas.
Este multicolor muestrario de elementos puede conducir a una aproximación al Gran Colisionador de Hadrones, el espectacular experimento que desenvuelve desde hace unos años el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN).
NOTA 6, FINAL
UNA PARTÍCULA MATERIAL, ESENCIAL, NO DIVINA
MINIPARTÍCULAS SUBATÓMICAS
UNA PARTÍCULA MATERIAL, ESENCIAL, NO DIVINA
MINIPARTÍCULAS SUBATÓMICAS
En el esquemático itinerario de 5 notas anteriores -carentes de pretensión técnica y con el sólo fin de realizar comentarios de aproximación para entender los avances de las ciencias a través de muchos siglos-, hemos visto de qué modo el hombre indagó en la intimidad del átomo y, cómo, levantando su mirada hacia el espacio, se encuentra en el umbral de una revelación sin precedentes: saber cómo fueron los primeros segundos del universo, qué elementos lo conformaron y qué comportamiento tuvieron.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) -experimento de potencias nucleares europeas que habilitó investigaciones en el marco de la “guerra fría”, las que continúan- se orienta, entre otros aspectos, a ubicar el bosón de Higgs. Se trata de una partícula inestable, de existencia aún no demostrada, aunque sería causa eficiente en el cuadro del modelo estándar, la teoría física que resume los conocimientos sobre las partículas elementales y las fuerzas de la naturaleza.
El bosón es un corpúsculo subatómico, de perfil peculiar. Peter W. Higgs fue el físico británico que lo descubrió, por deducción, en 1964. Sería un elemento esencial que le proporciona masa a otras partículas. Tal proceso le habría dado -nada menos- que la partida de nacimiento al universo. De ahí la vulgarización por la que se le ha llamado la partícula de Dios o partícula divina. Obviamente, nada que tenga que ver con los relatos de los libros sagrados de algunas religiones y, de la Biblia, en particular.
Por hadrón se entiende cualquier partícula elemental que se interconexione mediante la fuerza nuclear fuerte. Esta une protones y neutrones en el núcleo atómico. La teoría cuántica de campo (TCC) establece que la materia, en última instancia, está formada por las partículas fermiones, en tanto las fuerzas de interacción o intercambio corresponden a las partículas bosones.
Los fermiones principales se agrupan en tres familias compuestas por quarks (constituyentes básicos de las partículas elementales) y leptones (elementos ligeros, con propiedades variadas).
EL COLISIONADOR RECREA EL BIG BANG
El LHC -que acaba de sufrir una falla reparable, en el centro de operaciones ubicado en la frontera franco-suiza en proximidad a Ginebra- recreará las condiciones que prevalecieron en el universo una mil millonésima de segundo luego del Big Bang.
La teoría del Big Bang, o de la Gran Explosión, fue formulada en 1948 por el físico ruso-norteamericano George Gamow, quien desde 1935 pesquisaba en torno a reacciones nucleares.
El universo habría surgido como consecuencia de un colosal estallido, determinando que se generaran los sistemas galácticos. Ello ocurrió instantes después del sensacional alumbramiento, en medio de una melaza, en que a altísimas temperaturas, se fusionaron partículas subatómicas en un medio de reacciones químicas.
Productos primarios de la estampida fueron el helio y el hidrógeno. Después sobrevendrían los de mayor peso específico, en el interior de las estrellas. Según la visión de Gamow, como consecuencia de su densidad extrema, la materia resultante en los inicios del Big Bang se expandió con rapidez. Luego se produjo la condensación por frío de protones, neutrones, etc., integrándose los átomos. Resultante del enfriamiento del helio y del hidrógeno fue el nacimiento de estrellas y galaxias, en cantidades no mensurables.
Mientras ocurría el fantástico fenómeno de la expansión del universo, la radiación residual del Big Bang fue perdiendo temperatura hasta llegar a menos de 270 grados centígrados. Los vestigios de la radiación de microondas se detectaron en 1965 por radioastrónomos. Fue el espaldarazo a la especulación de Gamow.
Mientras ocurría el fantástico fenómeno de la expansión del universo, la radiación residual del Big Bang fue perdiendo temperatura hasta llegar a menos de 270 grados centígrados. Los vestigios de la radiación de microondas se detectaron en 1965 por radioastrónomos. Fue el espaldarazo a la especulación de Gamow.
El colisionador de partículas europeo recrea condiciones de velocidad y temperatura en un circuito de 27 kilómetros, conectado a una red de miles de ordenadores que se encuentran en 160 centros de cálculos repartidos en el mundo. Cinco mil imanes supraconductores mantendrán la temperatura de menos de 271 grados centígrados en el interior del receptáculo. Al producirse los choques de partículas los protones desprenderán una energía calorífica 100 mil veces mayor a la existente en el centro del sol.
Por segundo las partículas recorrerán 11.000 veces la circunferencia del colisionador. El Atlas es uno de los 4 detectores de que está dotado el mega laboratorio. Si el bosón de Higgs es hallado es probable que lo sea a través de la información provista por este sensor.
Por segundo las partículas recorrerán 11.000 veces la circunferencia del colisionador. El Atlas es uno de los 4 detectores de que está dotado el mega laboratorio. Si el bosón de Higgs es hallado es probable que lo sea a través de la información provista por este sensor.
Ha llegado el momento de estar expectante por el resultado de esta prueba sin precedentes.
X-X-X
(10.10.08)
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Hoy se sabe que estos episodios acechan a nuestro planeta, como consecuencia de la dinámica intergaláctica.
