La
receta
cósmica
¿De qué está hecho el Universo?
Al tratar de responder esta pregunta nos hemos llevado ya grandes sorpresas, y podemos esperar muchas más.
Pero de que esta hecho el universo, pero bueno por que irnos tan lejos, de que estamos hechos nosotros y todos los que nos rodea, como todo debe tener una estructura, y la respuesta a esto fue esto…
Para preparar un tipo de pan específico se necesitan siempre los mismos ingredientes básicos, combinados de la misma manera. Éste es un ejemplo de las muchas relaciones predecibles que encontramos a nuestro alrededor: el Universo, en todos sus niveles, está repleto de patrones que se repiten. Durante siglos los seres humanos hemos buscado comprender estos patrones, y como resultado, hemos logrado vislumbrar la receta para hornear no solamente un pan, ¡sino el Universo entero!
Ladrillos básicos
Si tomas un objeto cualquiera y lo miras con un microscopio suficientemente potente, verás que está hecho de bloques muy pequeños, que llamamos átomos. Cada átomo está formado a su vez por un núcleo y electrones que se mueven a su alrededor. El núcleo está compuesto de protones y neutrones. Y hace 40 años descubrimos un paso más en este juego de muñecas rusas que nos presenta la naturaleza: dentro de los neutrones y protones hay componentes todavía más pequeños, que llamamos quarks. Se trata, de hecho, de dos tipos de objetos distintos que, por pura diversión, bautizamos como quarks arriba y quarks abajo.
Hasta donde sabemos, los quarks arriba, los quarks abajo y los electrones no están compuestos de partes más pequeñas. Por eso decimos que son partículas elementales o fundamentales (como también lo son otros bichos más exóticos que mencionaremos más adelante). No pierdas de vista lo sorprendente que es esto: todos los objetos en el Universo —papel, vidrio, agua, mármol, mariposas, tornillos, aguacates, aire, estrellas, personas, chongos zamoranos y billones más— están hechos de combinaciones de los mismos tres componentes básicos. La diferencia entre un objeto y otro no es la naturaleza de sus ingredientes fundamentales, sino la manera en que están ensamblados, o, en una analogía más adecuada, la danza colectiva que ejecutan.
Choques fantásticos
Las partículas elementales son increíblemente diminutas. Paradójicamente, para estudiarlas necesitamos las máquinas más gigantescas que ha construido la humanidad: los llamados aceleradores de partículas. El más grande y potente de todos es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) ubicado en la frontera entre Francia y Suiza (ver “El Gran Colisionador de Hadrones”). En estas máquinas aceleramos partículas (normalmente electrones o protones) utilizando poderosas fuerzas eléctricas y magnéticas hasta que alcanzan velocidades muy cercanas a la de la luz (casi 300 000 kilómetros por segundo), y luego las arrojamos unas contra otras, esperando que choquen, justo como los niños hacen chocar cochecitos para ver qué sucede.
Utilizando sofisticados detectores podemos analizar los resultados de cada choque. Lo que encontramos son decenas de partículas de distintos tipos que se alejan del punto de impacto. Parecería que hemos logrado partir las partículas originales en pedacitos, tal como si fueran cochecitos que al estrellarse se hacen añicos. Pero entre los productos finales de algunas colisiones podemos encontrar muchas partículas idénticas a las dos originales, algo imposible de explicar pensando en cochecitos que se rompen. Por ésta y otras razones, nos vemos obligados a concluir que las partículas finales que observamos en nuestros detectores fueron creadas al momento de la colisión y no existían antes de ella. Sí, leíste bien: ¡los ladrillos básicos del Universo pueden aparecer y desaparecer!
Particulititititititititas
Los átomos miden alrededor de una diezmillonésima de milímetro. Esto significa que, en el grosor de una hoja de papel, caben alrededor de un millón de átomos. La proporción de tamaños dentro del átomo es también muy curiosa: si el átomo fuera del tamaño del estadio Azteca, el núcleo sería del tamaño de un limón y los electrones serían menos que motas de polvo flotando a su alrededor. Los átomos son entonces casi puro espacio vacío, así que no te ofendas la próxima vez que te digan cabeza hueca.
Magia bajo contrato
Para descifrar la receta cósmica se requieren ideas muy extrañas, que van perversamente en contra del sentido común (ver “El Gato de Schrödinger”). Por ejemplo, una partícula puede estar, como una canica, en un lugar específico; pero en cierto sentido, ¡también puede estar en varios sitios a la vez!
Esto, que parece absurdo, resulta crucial para entender por qué la materia, hecha de átomos que son principalmente espacio vacío, nos parece sólida: los minúsculos electrones son capaces de ocupar todo el
volumen del átomo del que forman parte.
Fuerzas Fundamentales.... El secreto de la receta …
Todos los fenómenos que se producen en el Universo se deben a las interacciones entre las partículas que lo componen. Estas interacciones se describen mediante el concepto de fuerza. Así, la caída de un objeto o la "caída" de la Luna hacia la Tierra se describe mediante la fuerza gravitatoria. La estructura de un objeto, la atracción entre imanes o entre cargas eléctricas se hace mediante la fuerza electromagnética. Desde el principio los científicos han tratado de unificar y simplificar el origen de los fenómenos, intentando adjudicar todos ellos a unas pocas causas comunes y a unos tipos fundamentales de comportamiento.
En la actualidad, todas las fuerzas o interacciones de la naturaleza se pueden agrupar en cuatro tipos básicos, denominados interacciones fundamentales:
Interacción gravitatoria
Se da entre todas las partículas y se describe mediante la teoría de la relatividad general de A. Einstein o más fácilmente mediante la ley de gravitación universal de Isaac Newton. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos como la caída de los cuerpos o el movimiento de los planetas, satélites, estrellas, cometas, etc. Su alcance es infinito y actúa a grandes distancias. Es la interacción más débil de todas, pero es la responsable de la estructura general del Universo. Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partículas y es conservativa.
Interacción gravitatoria,
Teoría que la describe: Gravedad Cuantica
Partícula: Gravitones (hipotética)
Interacción electromagnética
La interacción electromagnética afecta a las partículas con carga eléctrica o con momento magnético, así como a los fotones. Su descripción se hace a partir de las leyes de Maxwell y su alcance es infinito. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos tan diversos como los eléctricos, los magnéticos, la interacción entre la luz y la materia, las ondas electromagnéticas (¿cómo funciona un teléfono móvil?), las fuerzas elásticas que se dan en un muelle, la estructura interna de la materia a escala atómica y molecular, así como la química. Es una interacción inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partículas y es conservativa.
Interacción electromagnética
Teoría que la describe: Electrodinámica Cuántica
Partícula: Gravitones Fotones
Interacción nuclear fuerte
La interacción nuclear fuerte afecta a los quarks, y por tanto, a los hadrones. Es la más intensa de las cuatro y se denomina también interacción fuerte o interacción hadrónica. Su alcance es muy corto, reduciéndose prácticamente a cero para distancias superiores a 10-15 m, por lo que no tiene influencia en la Química, por ejemplo. Gracias a esta interacción se puede explicar la estabilidad nuclear y muchos procesos nucleares.
Interacción nuclear Fuerte
Teoría que la describe: Cromodinamica Cuantica
Partícula: Gravitones Gluones
Interacción nuclear débil
La interacción nuclear débil se produce entre partículas leptónicas o hadrónicas. Explica algunos procesos nucleares, como la desintegración b de los núcleos, en la que un neutrón se transforma en un protón y un electrón, generándose también un antineutrino electrónico. También explica las transformaciones entre leptones, como la desintegración del tauón. Su intensidad es mucho mayor que la fuerza gravitatoria, pero es menor que la fuerza electromagnética. También se denomina interacción débil.
Interacción nuclear débil
Teoría que la describe: Teoría electrodebil
Partícula Bosones W y Z
Primera Parte de la receta ........
¿De qué está hecho el Universo?
Al tratar de responder esta pregunta nos hemos llevado ya grandes sorpresas, y podemos esperar muchas más.
Pero de que esta hecho el universo, pero bueno por que irnos tan lejos, de que estamos hechos nosotros y todos los que nos rodea, como todo debe tener una estructura, y la respuesta a esto fue esto…
Para preparar un tipo de pan específico se necesitan siempre los mismos ingredientes básicos, combinados de la misma manera. Éste es un ejemplo de las muchas relaciones predecibles que encontramos a nuestro alrededor: el Universo, en todos sus niveles, está repleto de patrones que se repiten. Durante siglos los seres humanos hemos buscado comprender estos patrones, y como resultado, hemos logrado vislumbrar la receta para hornear no solamente un pan, ¡sino el Universo entero!
Ladrillos básicos
Si tomas un objeto cualquiera y lo miras con un microscopio suficientemente potente, verás que está hecho de bloques muy pequeños, que llamamos átomos. Cada átomo está formado a su vez por un núcleo y electrones que se mueven a su alrededor. El núcleo está compuesto de protones y neutrones. Y hace 40 años descubrimos un paso más en este juego de muñecas rusas que nos presenta la naturaleza: dentro de los neutrones y protones hay componentes todavía más pequeños, que llamamos quarks. Se trata, de hecho, de dos tipos de objetos distintos que, por pura diversión, bautizamos como quarks arriba y quarks abajo.
Hasta donde sabemos, los quarks arriba, los quarks abajo y los electrones no están compuestos de partes más pequeñas. Por eso decimos que son partículas elementales o fundamentales (como también lo son otros bichos más exóticos que mencionaremos más adelante). No pierdas de vista lo sorprendente que es esto: todos los objetos en el Universo —papel, vidrio, agua, mármol, mariposas, tornillos, aguacates, aire, estrellas, personas, chongos zamoranos y billones más— están hechos de combinaciones de los mismos tres componentes básicos. La diferencia entre un objeto y otro no es la naturaleza de sus ingredientes fundamentales, sino la manera en que están ensamblados, o, en una analogía más adecuada, la danza colectiva que ejecutan.
Choques fantásticos
Las partículas elementales son increíblemente diminutas. Paradójicamente, para estudiarlas necesitamos las máquinas más gigantescas que ha construido la humanidad: los llamados aceleradores de partículas. El más grande y potente de todos es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) ubicado en la frontera entre Francia y Suiza (ver “El Gran Colisionador de Hadrones”). En estas máquinas aceleramos partículas (normalmente electrones o protones) utilizando poderosas fuerzas eléctricas y magnéticas hasta que alcanzan velocidades muy cercanas a la de la luz (casi 300 000 kilómetros por segundo), y luego las arrojamos unas contra otras, esperando que choquen, justo como los niños hacen chocar cochecitos para ver qué sucede.
Utilizando sofisticados detectores podemos analizar los resultados de cada choque. Lo que encontramos son decenas de partículas de distintos tipos que se alejan del punto de impacto. Parecería que hemos logrado partir las partículas originales en pedacitos, tal como si fueran cochecitos que al estrellarse se hacen añicos. Pero entre los productos finales de algunas colisiones podemos encontrar muchas partículas idénticas a las dos originales, algo imposible de explicar pensando en cochecitos que se rompen. Por ésta y otras razones, nos vemos obligados a concluir que las partículas finales que observamos en nuestros detectores fueron creadas al momento de la colisión y no existían antes de ella. Sí, leíste bien: ¡los ladrillos básicos del Universo pueden aparecer y desaparecer!
Particulititititititititas
Los átomos miden alrededor de una diezmillonésima de milímetro. Esto significa que, en el grosor de una hoja de papel, caben alrededor de un millón de átomos. La proporción de tamaños dentro del átomo es también muy curiosa: si el átomo fuera del tamaño del estadio Azteca, el núcleo sería del tamaño de un limón y los electrones serían menos que motas de polvo flotando a su alrededor. Los átomos son entonces casi puro espacio vacío, así que no te ofendas la próxima vez que te digan cabeza hueca.
Magia bajo contrato
Para descifrar la receta cósmica se requieren ideas muy extrañas, que van perversamente en contra del sentido común (ver “El Gato de Schrödinger”). Por ejemplo, una partícula puede estar, como una canica, en un lugar específico; pero en cierto sentido, ¡también puede estar en varios sitios a la vez!
Esto, que parece absurdo, resulta crucial para entender por qué la materia, hecha de átomos que son principalmente espacio vacío, nos parece sólida: los minúsculos electrones son capaces de ocupar todo el
volumen del átomo del que forman parte.
Fuerzas Fundamentales.... El secreto de la receta …
Todos los fenómenos que se producen en el Universo se deben a las interacciones entre las partículas que lo componen. Estas interacciones se describen mediante el concepto de fuerza. Así, la caída de un objeto o la "caída" de la Luna hacia la Tierra se describe mediante la fuerza gravitatoria. La estructura de un objeto, la atracción entre imanes o entre cargas eléctricas se hace mediante la fuerza electromagnética. Desde el principio los científicos han tratado de unificar y simplificar el origen de los fenómenos, intentando adjudicar todos ellos a unas pocas causas comunes y a unos tipos fundamentales de comportamiento.
En la actualidad, todas las fuerzas o interacciones de la naturaleza se pueden agrupar en cuatro tipos básicos, denominados interacciones fundamentales:
Interacción gravitatoria
Se da entre todas las partículas y se describe mediante la teoría de la relatividad general de A. Einstein o más fácilmente mediante la ley de gravitación universal de Isaac Newton. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos como la caída de los cuerpos o el movimiento de los planetas, satélites, estrellas, cometas, etc. Su alcance es infinito y actúa a grandes distancias. Es la interacción más débil de todas, pero es la responsable de la estructura general del Universo. Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partículas y es conservativa.
Interacción gravitatoria,
Teoría que la describe: Gravedad Cuantica
Partícula: Gravitones (hipotética)
Interacción electromagnética
La interacción electromagnética afecta a las partículas con carga eléctrica o con momento magnético, así como a los fotones. Su descripción se hace a partir de las leyes de Maxwell y su alcance es infinito. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos tan diversos como los eléctricos, los magnéticos, la interacción entre la luz y la materia, las ondas electromagnéticas (¿cómo funciona un teléfono móvil?), las fuerzas elásticas que se dan en un muelle, la estructura interna de la materia a escala atómica y molecular, así como la química. Es una interacción inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partículas y es conservativa.
Interacción electromagnética
Teoría que la describe: Electrodinámica Cuántica
Partícula: Gravitones Fotones
Interacción nuclear fuerte
La interacción nuclear fuerte afecta a los quarks, y por tanto, a los hadrones. Es la más intensa de las cuatro y se denomina también interacción fuerte o interacción hadrónica. Su alcance es muy corto, reduciéndose prácticamente a cero para distancias superiores a 10-15 m, por lo que no tiene influencia en la Química, por ejemplo. Gracias a esta interacción se puede explicar la estabilidad nuclear y muchos procesos nucleares.
Interacción nuclear Fuerte
Teoría que la describe: Cromodinamica Cuantica
Partícula: Gravitones Gluones
Interacción nuclear débil
La interacción nuclear débil se produce entre partículas leptónicas o hadrónicas. Explica algunos procesos nucleares, como la desintegración b de los núcleos, en la que un neutrón se transforma en un protón y un electrón, generándose también un antineutrino electrónico. También explica las transformaciones entre leptones, como la desintegración del tauón. Su intensidad es mucho mayor que la fuerza gravitatoria, pero es menor que la fuerza electromagnética. También se denomina interacción débil.
Interacción nuclear débil
Teoría que la describe: Teoría electrodebil
Partícula Bosones W y Z
Primera Parte de la receta ........