Partículas superluminicas…
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas… TAQUIONES… La idea de una partícula que se mueve a velocidad infinita tiene sus paradojas. Iría de A a B en un tiempo nulo, lo cual significa que estaría en A y B al mismo tiempo, y también en todos los lugares intermedios. Y seguiría hasta los puntos C, D, E, etc., a través de una distancia infinita, todo ello en un tiempo nulo. Una partícula que se moviera a velocidad infinita tendría por tanto las propiedades de una barra sólida de longitud infinita. Si el espacio es curvo, como sugiere la teoría de la relatividad de Einstein, esa barra sólida sería en realidad un gran círculo, o espiral, o una curva sinuosa de forma aún más complicada. Pero supongamos que hay un universo de taquiones, es decir de partículas que poseen todas ellas una velocidad mayor que la de la luz. A medida que van adquiriendo más y más energía, se mueven cada vez más lentamente, hasta que, al llegar a una energía infinita, su velocidad se reduce a la de la luz. Al perder energía, van cada vez más deprisa, yendo a velocidad infinita cuando la energía es nula. Es de imaginar que en un universo así habría partículas de muy distintas energías. Unas muy energéticas, otras muy poco y otras intermedias (como ocurre con las partículas de nuestro universo). La transferencia de energía de una partícula a otra en ese universo (igual que en el nuestro) tendría que ser a través de una interacción, como puede ser, por ejemplo, un choque. Si la partícula A, de poca energía, choca con la partícula B, de alta energía, lo más probable es que A gane energía a expensas de B, con lo cual habría una tendencia general a la formación de partículas de energía intermedia. Claro está que habría excepciones. Al interaccionar dos partículas de igual energía, puede que una gane energía a expensas de la otra, ampliando así la gama. Incluso es posible (aunque improbable) que una partícula de alta energía gane aún más al chocar con otra de baja energía, dejando a ésta con menos energía que al comienzo. Teniendo en cuenta la naturaleza fortuita de tales colisiones y de la transferencia de energía, se llega a la conclusión de que habrá toda una gama de energías y de que la mayoría de las partículas serán de energía intermedia; habrá algunas de alta (o baja) energía; pocas de muy alta (o muy baja) energía; un número pequeñísimo de muy, muy alta (o muy, muy baja) energía; y sólo trazas de energía muy, muy, muy alta (o muy, muy, muy baja). Esta distribución de energías a lo largo de una determinada gama podríamos expresarla matemáticamente, y entonces veríamos que ninguna de las partículas tendría en realidad una energía infinita o una energía nula; habría partículas que se acercarían mucho a estos valores, pero sin alcanzarlos nunca. Algunos taquiones se moverían a veces a una velocidad ligeramente superior a la de la luz, pero sin llegar a ella.
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas…
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas… Habría otros que quizá se moverían a velocidades verdaderamente gigantescas, un millón (o un billón o un trillón) de veces más deprisa que la luz, pero nunca a velocidades realmente infinitas. Supongamos que dos taquiones de la misma categoría chocan exactamente de frente. ¿No se anularían entonces las energías cinéticas de ambas partículas, abandonando éstas el lugar de la colisión a velocidad infinita? He aquí de nuevo una situación a la que nos podemos aproximar cuanto queramos, pero sin llegar nunca a ella. La probabilidad de que los dos taquiones tengan exactamente la misma energía y choquen exactamente de frente es despreciable. Dicho con otras palabras, en el universo de taquiones las velocidades podrían acercarse al infinito pero nunca alcanzarlo; y en ese caso no hay que preocuparse por las paradojas que el infinito siempre parece plantear. Una de las consecuencias de la relatividad especial es que, con el aumento de la velocidad (v), la energía total (E) de una partícula sublumíníca dotada de masa en reposo mo aumenta de acuerdo con….
Cuando v tiende a c, el denominador de la fracción tiende a cero, haciendo que la energía E tienda a infinito. Por lo tanto, necesitaríamos fuerzas infinitas para hacer que un bradión alcanzase la velocidad de la luz, lo cual generó la opinión, bastante generalizada, de que tal velocidad no puede ser alcanzada ni, mucho menos, superada.
Sin embargo, contrariamente a lo que sugieren las apariencias, lo anterior no agota la cuestión. Así como existen partículas que viajan a la velocidad de la luz, sin que la hayan alcanzado acelerándose a partir de velocidades sublumíníca, también podrían existir otras que siempre viajaran con velocidades mayores que c. Ello fue ilustrado pintorescamente por Sudarshan: Supongamos que un demógrafo que estudie la población de la India afirme, ingenuamente, que nadie habita al norte del Himalaya, pues nunca se consiguió atravesar esas montañas. Nos enfrentaríamos con una conclusión absurda. Las poblaciones del Asia Central nacieron y viven más allá del Himalaya: no precisan nacer en la India y luego atravesar las montañas…
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas… NEUTRINOS…
La Fundación Nobel ha concedido hoy el premio Nobel de Física a Takaaki Kajita (Japón) y a Arthur B. McDonald (Canadá) por sus investigaciones en el campo de los neutrinos, unas partículas que apenas interaccionan con la materia convencional de la que están constituidos los objetos y los seres vivos, pero que podrían tener un importante papel en la comprensión de la historia del universo y en el funcionamiento de las partes más pequeñas de los átomos.
Tal como ha afirmado la propia Fundación Nobel, que entrega los premios cada año, «para la física de partículas es un descubrimiento histórico», puesto que «ha demostrado que el modelo estándar (una teoría básica que describe las relaciones entre las interacciones físicas conocidas y las partículas elementales que componen toda la materia) no puede ser la teoría completa de los constituyentes fundamentales del Universo». Sin embargo, varios físicos coinciden en que, en realidad, el reconocimiento no premia un descubrimiento puntual, sino una investigación que comenzó en la década de los sesenta y que revolucionó la teoría hace diez años. «Estos premios se hacen eco de uno de los descubrimientos más importantes de las últimas décadas. Y este no es otro que la demostración de que los neutrinos oscilan, lo que demuestra que tienen masa», explica Juan José Gómez Cadenas, investigador del Instituto de Física Corpuscular del CSIC y experto en neutrinos, a través de una conversación telefónica. Durante muchos años, los investigadores estudiaron las partículas más escurridizas del catálogo de la física. Apenas interaccionan con la materia convencional, así que son capaces de atravesar la Tierra y todo lo que haya en ella con total impunidad. Además, lo hacen a una velocidad próxima a la de la luz y en una cantidad ingente: se calcula que pasan del orden de 100.000 millones de neutrinos por la uña de un pulgar en tan solo un segundo. Además de escurridizas, detectarlas requiere usar sensores muy refinados y evitar las interferencias que causan otros fenómenos naturales. Así que los científicos deben acudir a las profundidades de las minas o a potentes observatorios, como el detector Super-Kamiokande, en Japón, o el Observatorio de Neutrinos de Sudbury, en Canadá, situados en las profundidades. Así las cosas, durante muchos años hubo una «anomalía», porque había una discrepancia entre los neutrinos que se detectaban y los que el modelo predecía que debían detectarse. «Durante mucho tiempo se pensó que había fallos en estas predicciones y/o en los propios experimentos que detectaban la cantidad de neutrinos. Pero gracias a los trabajos premiados hoy, se descubrió por qué ocurría. Y es que en su camino del Sol a la Tierra, los neutrinos oscilan, unos se convierten en otros, como si un viajero saliera llamándose Juan y llegara llamándose Pepe», explica Gómez Cadenas.
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas…
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas…
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas… El neutrino es el centro en la actualidad de grandes debates en física de partículas, astrofísica y cosmología y ocupa un lugar dominante en las discusiones y proyectos habidos y por haber. Desde el descubrimiento de la radioactividad, se ha tratado de entender mejor esta misteriosa partícula que ha llevado a plantear problemas y preguntas de distinto alcance y consideración. Mientras que ya en los años treinta del siglo pasado se comenzó a discutir sobre su naturaleza, en particular, sobre si era idéntico a su antipartícula con el trabajo pionero y novel del físico italiano E. Majorana, hubo que esperar hasta finales de los sesenta y principios de los setenta para que problemas como el de los neutrinos solares, la materia oscura, los rayos cósmicos y tantos otros para que los físicos empezásemos a valorar la importancia de la Física subyacente. Y aquí estamos, en pleno siglo veintiuno, y con un montón de preguntas abiertas y con el “inocente” neutrino ya no tan inocente... Miembros del proyecto OPERA («Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), describieron el sorprendente descubrimiento en un artículo publicado esta semana en la página de investigación arXiv.org. El equipo disparó neutrinos desde el acelerador de partículas que se encuentra cerca de Ginebra (Suiza), y midió el tiempo que tardaban en viajar hasta el detector de neutrinos situado en Gran Sasso (Italia), a 724 kilómetros. Los neutrinos son partículas subatómicas que apenas tiene masa y que pueden atravesar planetas enteros como si éstos no existieran. Al apenas tener masa, los neutrinos deberían viajar casi a velocidad de la luz, a aproximadamente 299,338 kilómetros por segundo. Para asombro del equipo de OPERA, las partículas, al parecer, alcanzaron su destino unos 60 nanosegundos más rápido de lo esperado. Un nanosegundo podría sonar a poco, pero «el efecto es enorme», comentó Parke, que no formaba parte del equipo de CERN. Esto significaría que, con una distancia de (1.000 kilómetros), los neutrinos viajarían unos 20 metros más que la luz en el mismo periodo de tiempo. De acuerdo con Parke, el resultado, de confirmarse, sería «revolucionario», aunque añadió que duda que el descubrimiento se sostenga tras un estudio más profundo. «Si me gustaran las apuestas, apostaría a que no es posible», comentó. «El primer impulso es pensar que no puede ser verdad, que tienen que haber cometido algún error».
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas… Antimateria Mucha de la gente que se inicia en la astronomía, generalmente se encuentra con ésta palabra: 'antimateria', ¿pero que es realmente la antimateria? Voy a intentar explicarlo de forma sencilla para que no se necesiten elevados conocimientos físicos para entenderlo. La materia normal como la conocemos, está compuesta de átomos, las distintas organizaciones de distintos átomos forman todos los tipos de moléculas y estos a su vez la materia. Estos átomos están compuestos por electrones, protones y neutrones, los elementos más pequeños conocidos (sin tener en cuenta los quarks). La antimateria se compone del mismo modo, con algo llamado anti-átomos, que están formados por antielectrones (o también llamados positrones), antiprotones y el extraño antineutron. Paul Adrien Maurice Dirac habia deducido, fundándose en un análisis matemático de las propiedades inherentes a las particulas subatomicas, que cada particula deberia tener su 'antiparticula'. Así pues, deberia haber un 'antielectron' identico al electron, salvo por su carga, que sería positiva, y no negativa, y un 'antiprotón' con carga negativa en vez de positiva. Pero... ¿Qué es realmente la antimateria y en que se diferencian los electrones, protones y neutrones de los antielectrones, antiprotones y los antineutrones? La antimateria es materia constituida por la antiparticulas (antielectrones, antiprotones y antineutrones). La diferencia los electrones y protones de los antielectrones y los antiprotones y los antineutrones es basicamente la carga electrica, son idénticas en aspecto físico y en constitución, sus movimientos rotatorios se han invertido, el polo sur magnético, por decirlo así, esta arriba y no abajo, de esta manera su carga eléctrica es la opuesta de lo que debería de ser. Como vimos hasta ahora, el positron es la contrapartida del electron por su carga contraria, y el antiprotón es también 'anti' por su carga. Pero... ¿por qué dice anti a una partícula que posee carga neutra? Para responder esta pregunta es necesario explicar brevemente las carateristicas de los positrones y los antiprotones. El antielectron es tan estable como el electron, de hecho es identico al electron en todos sus aspectos, excepto en su carga electrica. Su existencia puede ser indefinida. Aunque el promedio de 'vida' es de una millonésima de segundo, hasta que se encuentra con un electron, durante un momento relampagueante quedaran asociados el electron y el positrón; ambas partículas giraran en torno a un centro de fuerza común. Pero la existencia de este sistema, como máximo, durará una diezmillonesima de segundo ya que se combinan el positrón y el electron. Cuando se combinan las dos particulas opuestas, se produce una neutralización mutua y literalmente desaparecen, no dejan ni rastro de materia ('aniquilamiento mutuo'). Pero como sabemos la materia al igual que la energía no puede desaparecer, como resultado de esto queda la energía en forma de radiación gamma. De tal forma como habia sugerido el genio Albert Einstein: la materia puede convertirse en energía, y viceversa. El antiprotón es tan evanescente como el positron, por lo menos en nuestro Universo. En una ínfima fracción de segundo después de su creación, la particula desaparece (al igual que el antielectron), arrastrada por algún núcleo normal cargado positivamente.
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas…
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas… La antimateria es indistinguible de la materia normal, de la que nosotros estamos hechos, la única diferencia está en su carga eléctrica opuesta. Si una partícula y una antipartícula llegaran a rozarse se anularían la una a la otra, provocando así su aniquilación. Pero, además, la antimateria está llena de secretos sobre el inicio del Universo. En el videoblog «Materia Oscura», sobre estas líneas, te explicamos qué es la antimateria, qué papel jugó en los orígenes del Cosmos y sus posibles utilidades prácticas. Varios años después de viajar al País de las Maravillas, el escritor inglés Lewis Carroll retomó el personaje de Alicia en el libro A través del espejo y lo que Alicia encontró al otro lado, escrito en 1871. La historia comienza con Alicia sentada en el sofá de su sala, meditando sobre lo que ella llama la casa del espejo. Por extraño que parezca, Alicia está convencida de que al otro lado del espejo que hay encima de la chimenea existe un mundo tan real como el de su sala, sólo que las cosas están dispuestas a la inversa. Los libros, por ejemplo, se parecen a los suyos, pero con las letras escritas al revés. El humo que sale de la chimenea es el mismo que el que sale del otro lado, aunque Alicia no puede ver si ahí también encienden el fuego en invierno. Pero lo que más intriga a Alicia es lo que se intuye cuando ella deja abierta la puerta del salón. ¿Y si más allá de la puerta de la casa del espejo fuera completamente diferente? ¿Habría alguna forma de atravesar el espejo y comprobarlo? De repente, una niebla empieza a rodear el espejo como si se estuviera disolviendo el cristal. Alicia se encarama a la chimenea y un instante después atraviesa el cristal sin saber muy bien cómo. ¡Alicia ha pasado al otro lado! Entonces empieza a mirar atentamente a su alrededor y descubre que allí dentro, en la casa del espejo, todo es muy distinto… El principio del libro de Carroll enlaza a la perfección con nuestra historia, cuyo argumento hubiera asombrado al propio escritor. ¿Te imaginas que el Universo en el que vivimos se pareciera al salón y a la casa del espejo de Alicia? Todo empezó a finales de la década de 1920. Por aquel entonces, los científicos sabían que el átomo está formado por electrones, partículas con carga negativa que giran alrededor de un minúsculo núcleo donde se concentran los protones, con carga positiva (el otro componente del núcleo, el neutrón, sin carga eléctrica, todavía no se había descubierto). Sin embargo, no se había podido describir con exactitud el comportamiento de los electrones en el interior del átomo. El problema estaba en que las ecuaciones de la mecánica cuántica, que se encarga de los fenómenos subatómicos, se basaban en la mecánica de Newton. Ésta es muy útil en el caso de sistemas en los que las velocidades son mucho menores que la de la luz, como ocurre en nuestra vida cotidiana o con el movimiento de los cuerpos celestes. Pero no sirve para partículas como el electrón, que se mueven casi tan rápido como la luz.
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez
Partículas superluminicas…
¡Gracias!
Autor: Juan Felipe Bohórquez Benítez