Con seguridad es debatible si el Boson de Higgs es o no la partícula de Dios pero no hay duda alguna de que estamos ante un hallazgo de relevancia planetaria a juzgar por las portadas de hoy miércoles 4 de julio, de prácticamente todos los periódicos más importantes del mundo: The New York Times, The Washington Post, The Guardian, the CNN, The Times, The Telegraph, Corriere della Sera, The BBC Mundo & the Huffington Post y de tirada nacional, El Mundo y El País, aunque hay dos marcadas excepciones: (1) los rotativos franceses han optado por incluir noticias locales de interés político -pasando del resto del planeta, o portadas á la Francaise-, y (2) el veterano e ilustre, Luis María Ansón, que sencillamente se ha despistado en su Imparcial de hoy, ignorando cualquier contenido bosón.  Veamos por qué esta revolución casi unánime en el Globo.

A pesar del nombre cachondo que recuerda a los enanos protagonistas del Señor de los Anillos, que nadie se confunda, la partícula del Boson de Higgs, en su estructura interna, abarca la respuesta de todas las demás partículas. Es la llave que encierra nuestra comprensión sobre como está estructurado el Universo.  Representa la partícula que explica la masa que tenemos tu, yo, o el ordenador y por tanto literalmente nos define.

El Bosón se manifestó en los primeros instantes del Big Bang a una temperatura de miles de millones de grados y en unas condiciones que el universo no ha vuelto a conocer en los últimos 13,700 millones de años. A partir del Boson de Higgs, nacería la materia del universo; no solo la materia que vemos sino también la que no vemos. Es decir, la materia y la energía oscura, que no es precisamente una parte residual de  la ecuación sino el 80% de lo que nos rodea. No hemos visto nunca la partícula, ni la hemos detectado jamás, ni tampoco la hemos pesado y sin embargo sabemos que existe. Y ahora el CERN, el mayor laboratorio de la física de las partículas, está en disposición de afirmar su existencia.

Hablamos pues de la célula madre del universo. Y si conocemos sus características, de las que ha salido todo, podemos rastrear las consecuencias de esa partícula y generar por ejemplo energía infinita, o cualquier otro tipo de materia, desde el papel, hasta el oro o uranio porque la única diferencia que hay entre ellos es el número de protones y neutrones que hay en su núcleo.  SI hemos tenido hasta la fecha unos problemas inpensables para mandar una nave a Marte por la cantidad de combustible, ahora ese problema puede que desaparezca rápidamente pues hastá al alcance de la mano crear o utilizar energía del propio Universo.

¿De dónde procede la materia?  ¿Qué nos hace a tí y a mi?  El Dr. John Ellis, Físico Teórico de la CERN, explica «que del Modelo Standard sabemos que describe toda la materia en función de los componentes elementales: los átomos tienen electrones que orbitan alrededor del núcleo y dentro del él, hay protones y neutrones que están hechos de quarks.  Tenemos partículas de materiales o fermiones, los electrones y partículas similares como los neutrinos, y tenemos las partículas de fuerzas o bosones porque para cada fuerza, hay una partícula cuántica.  Todo ello se llama el ADN Cósmico, ya que contiene las partículas del Modelo Standard más la información necesaria para crear cualquier cosa en el Universo.

A partir de este momento comienza el nacimiento de una nueva física donde el LHC, el colisionador de hadrones más grande del mundo, que ha logrado recrear los primeros instantes de la creación y así probar la existencia de los ilustres bosones, tendrá un lugar pronunciado.

Este martes es un día importante en el Cern, La Organización Europea de la Investigación Nuclear. Los científicos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) presentarán los últimos resultados de la búsqueda del Boson Higgs, la mítica partícula con el gran trabajo de explicar como las partículas elementales de la naturaleza adquieren masa. El colisionador se ha construido para enseñarnos todo sobre como estas partículas minúsculas de las que se compone todo en el universo se comportan. Con 27 km de circumferencia representa el microscópio más grande y potente del mundo –zooming para revelar las idas y venidas de distancias diminutas comparado incluso a tamaños del propio protón. A estas fentoscópicamente pequeñas distancias, tenemos buenas razones para esperar grandes cosas: o veremos la partícula de Higgs o veremos otra cosa. Ver algo nuevo sencillamente no es una opción.

Entonces, ¿Qué nos hace tan seguros de que el LHC es una situación gana-gana? La teoría del “modelo standard” de la física de las partículas es tan misteriosa como su nombre  insípido –su mandato es explicar como cada una de las partículas en el universo interactua con el resto (con la triste excepción de las interacciones debidas a la gravedad) y consigue esto usando unas reglas sencillas que pueden ser esbozadas en el reverso de un sobre. El modelo standard revela que aparentemente fenómenos diferentes son realmente diferentes aspectos de la misma cosa (la descomposición radiactiva y la electricidad están entrelazadas, por ejemplo). Por tanto, es el mundo que vemos, con toda su diversidad y complejidad, el compuesto por solo una mano llena de partículas elementales brincando furtivamente de acuerdo a reglas bien sencillas.

Apuntalando todo esto es la noción de la “simetría”. Es la simetría la que nos permite especificar las reglas que constriñen la conducta de las partículas y es la presencia de la simetría que frecuentemente lleva a los físicos a hablar de belleza. La simetría impica que hay patrones subyacentes en la naturaleza que constriñen la forma que las partículas se comportan. Encontrar las simetrías en la naturaleza es la llave para explicar el movimiento de las partículas.

¿Cómo se relaciona esto con la partícula de Higgs? Bien, las simetrías del modelo standard se ha testado a nivel de precisión de premios Nobeles en las últimas cuatro décadas. Pero hay una jareta en el unguento por el simple entendimiento de que las simetrías no permiten que las partículas tengan ninguna masa. La partícula Higgs fue introducida para resolver esto –y funciona aborrotando el espacio vacío lleno de partículas Higgs. Tal como las partículas se mueven a través del aparentemente espacio vacío rebotan alrededor de las partículas Higgs, haciendo un zig-zag en su camino –y cuanto más zigzaguean, más masa tienen-.

Así, que las partículas Higgs nos salvan y nos permiten entender porque el universo es tan bonitamente simétrico y hecho de partículas mazizas. Es inteligente jugar el papel del cínico y se puede tomar la perspectiva de que la masa ”tan solo es” y que todos esos descubrimientos construidos sobre la simetría han sido una cuestión de suerte. En otras palabras, podemos preguntar qué pasa si tomamos el modelo standard y rechazamos todo lo relacionado con la partícula Higgs. Crucialmente, hacer eso no funciona –nos quedaríamos con un accidente automotriz de modelo cuyas predicciones son un galimatías a escalas sub-femtómetras probadas por el LHC. Esto quiere decir que sea lo que sea que ocurra vamas a necesitar soñar con algo nuevo sobre el mundo.

Es decir, que lo que quiere decir el LHC es una situación gana-gana: los experimentos en ciencia raramente consiguen esta prebenda. Este algo nuevo podría ser la partícula Higgs, Pero realmente, es solo una especulación de como las cosas pueden funcionar. Tiene la virtud de ser económico (conseguimos explicar el origen de la masa tan solo con una partícula) pero la economía no es muchas veces virtuosa y la naturaleza puede ser diferente.

Los investigadores del LHC están acercándose a la partícula standard Higgs. Ya sabemos suficiente para decir que los resultados del martes o revelarán su existencia o casi la excluirán. “Casi” porque probablemente no habrán suficientes datos para descartar la partícula Higgs con una masa no superior que 120 veces la masa del protón- Pero incluso ese misterio será eliminado en el 2012 y hacia el final del año que viene, debemos o de haber descubierto la partícula Higgs o definitvamente descartarla.

He estado esperando más de 20 años para esto. Personalmente, estoy entusiasmado con la posibilidad de que no hay ninguna partícula Higgs y que la naturaleza ha elegido una camino diferente. En ese caso, debemos de ser pacientes y esperar un poquito más. La espera merecerá la pena.

Jeff Forshaw es un catedrático de física teórica de University of Manchester, y co-autor con Brian Cox del Unicerso Cuántico: Todo lo que Puede Ocurrir, Si Ocurre (Allen Lane)

GRACIAS ESTHER

Traducción propia

FUENTES:

The Guardian

El anuncio de que los neutrinos viajan más rápido que la luz, según el detector de partículas OPERA del CERN, ha revolucionado internet y los medios de comunicación en las últimas 78 horas…

En medicina cuántica hemos aludido en ocasiones a las diferencias en el tratamiento del tiempo de la física clásica y la mecánica cuántica y el anuncio me parece un escenario perfecto para aclarar varios de los enunciados mencionados al respecto en este portal. Como la “materia” es compleja, se han consultado periódicos nacionales alguno internacional, como el New York Times, blogs de relieve, por ejemplo “Cuentos Cuánticos” y puesto un ojo en más de 600 cometarios de entendidos (y no tanto) de los diarios de El Mundo y el País (no vaya a ser que surja la confusión con tanta partícula compleja y fantasmagórica).

Los Datos del Experimento

El experimento se trata de enviar haces de neutrinos desde el sistema de aceleradores de partículas del CERN, Organización Europea para la Investigación Nuclear, hasta el detector Opera, en el Laboratorio Nacional de Gran Sasso, bajo los Apeninos y verificar la velocidad a la que viajan.

Antonio Ereditato contó a los medios que los tres años de mediciones han mostrado que los neutrinos se movían 60 nanosegundos más rápido que la luz en una distancia de 730 kilómetros entre Ginebra y Gran Sasso, en Italia.

El Sensacionalismo de la Prensa

Muchos comentarios -posiblemente de físicos- han tildado la noticia presentada en los medios de comunicación como puro sensacionalismo amarillo, descrito en Wikipedia como aquel que incluye titulares de catástrofes y gran número de fotografías con información detallada acerca de accidentes, crímenes, adulterios, enredos políticos, y que presenta la información de forma desorganizada.

Por ejemplo, los primeros compases bajo el titular de ayer, “Revuelo a la Velocidad de la Luz” del diario El País remarcaban: “Si fueran correctos los datos de un experimento de partículas elementales anunciados ayer, se pondría patas arriba toda la física del siglo XX, la teoría de la Relatividad de Einstein habría perdido uno de sus pilares y sería posible viajar al pasado.

No sé si amarillo o rojo pero los titulares en general han sido ampliamente extravagantes. Einstein jamás dejará de ocupar el lugar privilegiado por las contribuciones que ha aportado no solo a la física sino al mundo entero. Por suerte, no será el último genio dentro de la comunidad científica pero sus contribuciones ya están hechas y aplicadas en una gran variedad de objetos que nos rodean y hacen la vida mucho más sencilla.

Por otro lado en medicina cuántica hemos afirmado que en la Mecánica Cuántica se rebasa la velocidad de la luz, ya que el entrelazamiento cuántico hace posible la comunicación de las partículas de forma instantánea. Pero antes de abordar este asunto es necesario clarificar las diferencias entre las partículas cuánticas ya que es crucial saber si hablamos de fotones, electrones, mesones o a saber, neutrinos.

La Física de las Partículas

La física de partículas es la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos. Los físicos de partículas se han esforzado desde un principio por clasificar las partículas conocidas y por describir toda la materia y sus interacciones. A lo largo de la historia de la física han existido muchas partículas que en su momento se han definido como indivisibles, tales como los protones y neutrones, que más adelante se ha demostrado que no lo son. Después de diferentes teorías atómicas y nucleares, en la actualidad se usa el llamado modelo estándar para describir la materia que constituye el universo y sus interacciones.

De acuerdo con el modelo estándar, existen seis tipos de quarks, seis tipos de leptones y cuatro tipos de bosones. Las partículas fundamentales se subdividen en bosones (partículas de espín entero, como por ejemplo 0, 1, 2…), que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza, y fermiones (partículas de espín semientero, como por ejemplo 1/2 o 3/2).

En realidad y para nuestros fines, lo verdaderamente relevante es LA MASA de las partículas. Un FOTÓN no tiene masa y sin embargo un NEUTRINO, si la tiene.

Los Neutrinos

Los neutrinos son partículas que tienen las siguientes características:

1.- No tienen carga eléctrica –> Por lo tanto no sienten la interacción electromagnética.

2.- Tienen espín 1/2 —> Son fermiones.

3.- Tienen número leptónico –> Sienten la interacción débil y están asociados a los leptones que son el electrón, muón y tauón (que son los leptones cargados).

4.- Ahora sabemos que tienen que tener masa porque tienen un proceso cuántico llamado oscilación. Es decir, si tenemos inicialmente un neutrino electrónico y lo dejamos moverse, este neutrino puede convertirse en un neutrino muónico o tauónico. Esto solo puede pasar si las partículas iniciales y finales en la oscilación tienen una diferencia de masas entre ellas distinta de cero.

Sólo interactúan bajo la interacción débil y eso los hace muy difíciles de detectar.

El problema con la Teoría de Relatividad

¿Cuál es el problema con la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein si se confirma el descubrimiento?

Se podría invalidar una parte clave de la teoría de la relatividad (TR) que asegura que nada en el universo puede viajar más rápido que la luz. Si el neutrino tiene masa por muy pequeña y difícil de medir que sea no puede viajar más deprisa que el fotón que como sabemos no tiene masa. Y así, si el neutrino tiene masa no puede viajar a la velocidad de la luz en el vacío pues su masa sería infinita, algo TOTALMENTE ABSURDO. El factor de proporcionalidad depende de la masa y de la velocidad de la luz, de tal manera que si la velocidad se aproxima a la velocidad de la luz, la energía se hace infinita (inalcanzable). Y eso es el verdadero problema que se plantea. De ahí, que Ereditato, encabezando a 160 científicos de 11 países que trabajan en el CERN pida ante todo prudencia. Simplemente no han sido capaces de encontrar donde está el error porque ante todo dan el beneficio de la duda a Einstein y su TR. Han abierto el grifo al resto de científicos para que les hagan ver donde se han equivocado. Y es una cuestión de mediciones.

Varios comentaristas han dicho en foros que quizá el problema es que al ser la tierra esférica, quizá los neutrinos que tiene la capacidad de atravesar la materia, hayan ido en línea recta y pasado olímpicamente de la curvatura del túnel pero este planteamiento en mi humilde opinión peca de inocencia ya que por uno lado no creo que 160 físicos hayan obviado este detalle y por otro si los neutrinos no recorren la curvatura sino que son más listos y van en línea recta, ¿porqué los fotones son tontos y no hacen lo mismo?

Otros comentarios decían cosas como, “bueno quizá nos equivocamos y la velocidad de la luz sea 300,000km/s MENOS 60 nanosegundos” pero de nuevo esto parece imposible ya que la velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 m/s2, o lo que es lo mismo 9,46•1015 m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado año luz. Tan comprobada está esta medida que el propio metro fue referenciado el 21 de octubre de 1983 a esta constante. Se simboliza con la letra c, proveniente del latín celéritās (en español celeridad o rapidez), y también es conocida como la constante de Einstein.

La Velocidad es Instantánea en la Mecánica Cuántica

Muchas veces hemos hecho alusión a que en la Mecánica Cuántica el tiempo no se mide igual que en la física clásica que contempla un presente, un pasado y un futuro. Uno de los pilares de esta afirmación se debe a la cualidad de entrelazamiento de la partículas.

“Cuando un electrón y un positrón se encuentran y se destruyen, dos fotones, A y B, parten en direcciones opuestas. Independientemente de la distancia que los separe, los dos fotones siguen correlacionados. Estos instrumentos pueden estar todo lo lejos que se quiera entre sí, incluso hallarse emplazados en puntos opuestos del universo. Por simple aplicación de leyes aceptadas de la mecánica cuántica, Bell demuestra que cualquier propiedad de las partículas que se mida en el instrumento A, provocará, simultáneamente, una medición matemáticamente complementaria en el instrumento B. Lo asombroso del caso viene cuando nos damos cuenta de que eso significa que cada fotón sabe la medición a la que está siendo sometido el otro fotón, y lo sabe instantáneamente.

Bajo el número de patente 771165 de los EE.UU., el Dr. Jack Sarfatti registró un prototipo de sistema de comunicación más rápido que la velocidad de la luz. Aducía que mientras que la energía no podía alcanzar la velocidad de la luz, la información, en base al Teorema de Bell, sí podía. Posteriormente, en 1982, el Dr. Herbert registró un segundo sistema de comunicación más rápido que la velocidad de la luz, sistema inspirado también en el teorema de Bell y tras largas discusiones sobre el particular mantenidas con el Dr. Sarfatti.

Los fenómenos cuánticos aportan prima facie evidencia de que la información se extiende de un modo que no corresponde a ideas clásicas. Así pues, la noción de que la información se transmita supralumínicamente no resulta, a priori, nada irracional. (Herny P. Slapp, Are Superluminal Connections Necessary? Lawrence Berkeley Laboratories, Nov. 1976)”.

Quizá tengamos que volver a ojear la teoría del Catedrático de Física Cuántica Vlatko Vedral de la Universidad de Oxford que demuestra que todo es INFORMACIÓN, mas que materia o energía.

Incluímos el video que explica el entrelazamiento cuántico y el intercambio de información instantánea.

Una buena lección que aprendo este finde es que desde luego en Física hay que ser muy, muy preciso a juzgar por la cantidad de información técnica que me he «papeado» tratando de poner algo de LUZ a la gran cuestión del mundo subatómico.  Definitivamente, me quedo con la idea de que seguimos sin tener demasiada claridad en una gran cantidad de conceptos en física aunque las tornas cada se inclinan hacia la importancia de la información en el mundo cuántico, capaz de «conectar» partículas subatómicas como los FOTONES a velocidades supralumínicas.  No creo que el mundo cuántico nos deje de sorprender nunca puesto que el observador interactua en las mediciones que a buen seguro se sostienen en el Principio de Incertidumbre y además siempre esta la cuestión de ¿Cómo va a comprender el cerebro con exactitud las partículas que lo componen?  Es tanto como pedirle al pez que entienda que la razón por la que vive es por el agua que lo envuelve y que procede de la precitación de las nubes.  Sin embargo el progreso nos impele hacia el derribo de los límites y después de todo ¿Quién sabe? Quizá si esté en juego la velocidad de la luz pero nunca el prestigio de uno de los más grandes de la ciencia, El Sr. Einstein.

REFERENCIAS CONSULTADAS

Blog Cuentos Cuánticos

El Mundo

El País

La Paradoja Eisntein, Podolsky y Rosen y el Teorema de Bell

Wikipedia: Fisica de las particulas y Velocidad de la Luz