¿Cómo se puede llegar a la conclusión de que el constituyente último de la materia son cuerdas con diferentes frecuencias de vibración para cada partícula? Hoy queremos hablar de la historia de como una física del siglo XXI o incluso XXII cayó por casualidad en el siglo XX.
En física a veces se necesitan unas matemáticas que el físico no conoce. Cuando Newton se topó con ello, inventó el cálculo; cuando le ocurrió a Einstein rebuscó y encontró las matemáticas de Riemann. En el CERN sucedió algo así en 1967.
Por ese año un físico teórico, Gabriele Veneziano, rebuscaba matemáticas capaces de explicar las propiedades de la fuerza nuclear fuerte observadas experimentalmente. En el año 1968 las encontró.
Una antigua fórmula que contaba ya con dos siglos de historia, una ecuación descubierta por el gran Leonhard Euler. La llamada beta de Euler. Por algún motivo, esta fórmula describía exactamente lo que Veneziano quería. Pero no sabía por qué.
Este hallazgo también lo realizó Mahiko Suzuki, aunque él no publicó sus resultados, pues ya sabía que Veneziano lo iba a hacer. Aún así, no le encontró mayor explicación que su codescubridor. Esta situación no cambió hasta el año 1970.
En este año Yoichiro Nambu, Holger B. Nielsen y Leonard Susskind demostraron que, construyendo un modelo en el cual las partículas se describiesen como cuerdas vibradoras unidimensionales, la función de Euler funcionaba como se espera.
El éxito fue bastante moderado y toda esta teoría cayó en el olvido para casi todo el mundo. Fue ya en el 1974 cuando J.H. Schwarz y Jöel Scherk constataron que de esta teoría podía surgir la partícula mensajera de la fuerza gravitatoria: el gravitón.
Esto constataba que estaban errados en considerar esta nueva física como una teoría para describir solamente a la fuerza nuclear fuerte, era una teoría cuántica capaz de describir la gravedad. Una unificación que hoy en día aún no se ha logrado.
Aun así, no despertó demasiado interés en los físicos. Si esta teoría no había sido capaz de describir la fuerza nuclear, no tenía demasiado sentido intentar aplicarla a algo aún mayor. Y así volvió a enterrarse en un cajón, donde permaneció hasta el año 1984.
En este año Green y Schwarz demostraron que la teoría tenía la capacidad de abarcar las cuatro interacciones y todo tipo de materia. Esta vez sí, su popularidad estalló.
El resultado fue que una enorme cantidad de físicos por todo el globo empezaron a estudiar más física teórica y matemáticas para poder entender los detalles de esta nueva física.
En el período que va de 1984 a 1986 se escribieron más de 1000 publicaciones sobre como las características del modelo estándar surgían de forma natural de esta teoría. A este lapso se lo conoce como primera revolución de las supercuerdas.
El problema es que, si ya de por sí es difícil resolver ecuaciones de forma aproximada, es todavía más difícil, sino imposible, resolverlas cuando solo las conoces de forma aproximada. La teoría volvió a ser historia.
Esta situación mejoró en 1995, cuando Edward Witten sugirió que en realidad las cinco teorías de cuerdas diferentes con las que se trabajaba no eran sino limites de una teoría aún mayor, la llamada teoría M. Esto dio pie a la segunda revolución de las supercuerdas.
Hoy en día, esta teoría aún no ha podido ser probada, y no parece que vaya a serlo en los próximos años. La teoría ni siquiera es falsa. Necesitaríamos aceleradores de partículas con la suficiente potencia como para poder buscar en lo más profundo de la materia.
Tenemos una física más propia del siglo XXII, que cayó, casi por error, en el siglo XX. Un momento en que no había ni las matemáticas ni la física ni la tecnología para desarrollarla. Solo el tiempo dirá si se trata de una locura, o de un spoiler sobre el futuro de la física.
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En el Big Bang se formaron los elementos más ligeros. En las reacciones de fusión nuclear de las estrellas se forman elementos más pesados, pero solo hasta llegar al hierro. Entonces, ¿de dónde salen el resto de los elementos de la tabla periódica? Hablemos sobre ello.
A diferencia de los elementos más ligeros, no hay forma de que estos elementos se formen por reacciones de fusión nuclear. Esto es así debido a que son reacciones que en lugar de liberar energía la necesitan para llevarse a cabo.
Para entender esto, debemos tener en cuenta que la energía resultante de la fusión nuclear es debida a la diferencia de masa entre los nucleones (neutrones y protones) de partida y los de salida, siendo mayor la de los primeros. Esta diferencia de masa se traduce en energía.
¿Cómo se detecta una onda gravitatoria generada a miles de millones de años luz de nosotros y que apenas produce una perturbación menor que el tamaño de un átomo en nuestro planeta? Hablemos de dicha detección. Imagen: K.Thorne (Caltech), T. Carnahan (NASA GSFC).
Para poder detectar algo, primero tenemos que reconocerlo. Así que para empezar ¿Qué es una onda gravitatoria? A grosso modo las podríamos definir como arrugas en el espacio-tiempo que se propagan por él a la velocidad de la luz. Animación: NASA/JPL.
Sabemos que se generan a partir de objetos masivos que se mueven con una aceleración. Las más relevantes, y las que somos capaces de detectar por ahora, se producen en las colisiones de estrellas de neutrones y agujeros negros.
Un protón repele a otro por su mutua repulsión electrostática sin llegar a tocarse. ¿Es esto cosa de magia? Hoy toca hablar de simetrías, bosones, interacciones y del mecanismo de Higgs. Créditos imagen: Lucas Taylor / CERN.
Uno de los grandes nombres que nos ha legado la historia de las matemáticas es el de Emmy Noether, autora de uno de los teoremas más importantes de la física. Reza así: Toda transformación continua que deja invariante las leyes físicas tiene una cantidad conservada asociada.
Expliquemos esto con un ejemplo. Si soltamos un péndulo y estudiamos su movimiento el resultado será el mismo a las tres de la tarde que a las cinco de la madrugada. Esta invariancia, o simetría, es una consecuencia de la conservación de la energía del sistema.
La historia de los modelos atómicos nos ha dejado un montón de anécdotas interesantes. Entre ellas el colapso de los átomos en el modelo de Rutherford, es decir, los electrones caían hacia el núcleo. Vamos a explicar por qué y a calcular en cuanto tiempo pasaría.
En este esquema, tendríamos un núcleo en el centro con electrones orbitando a su alrededor. Igual que planetas alrededor de su estrella, pero las partículas en realidad no se comportan como planetas. Ese ya es otro tema.
Este modelo se ha demostrado incorrecto con los años, aunque el concepto ya era aproximado a lo que entendemos como átomo. Uno de los motivos que ya lo auguraba fue la inestabilidad atómica.
¿Cómo se puede llegar a la conclusión de que el constituyente último de la materia son cuerdas con diferentes frecuencias de vibración para cada partícula? Hoy queremos hablar de la historia de como una física del siglo XXI o incluso XXII cayó por casualidad en el siglo XX.
En física a veces se necesitan unas matemáticas que el físico no conoce. Cuando Newton se topó con ello, inventó el cálculo; cuando le ocurrió a Einstein rebuscó y encontró las matemáticas de Riemann. En el CERN sucedió algo así en 1967.
Por ese año un físico teórico, Gabriele Veneziano, rebuscaba matemáticas capaces de explicar las propiedades de la fuerza nuclear fuerte observadas experimentalmente. En el año 1968 las encontró.
Dicen que un neutrino puede atravesar más de un año luz de plomo sin enterarse siquiera que estaba ahí. Entonces, ¿cómo se puede detectar algo tan sigiloso? Para hacerlo tenemos que ser más inteligentes que el plomo. Hoy te contaremos cómo.
Fue en 1930 cuando Wolfgang Pauli tuvo que escoger entre dos males, o bien la energía no se conservaba en la desintegración de los neutrones en protones y electrones, o bien ahí faltaba una partícula. Ante la duda, la conservación de la energía siempre gana.
La solución que planteó, con todo su pesar, fue el neutrino, una partícula sin carga eléctrica e indetectable. Lo que para él fue un dilema: estaba aventurando una partícula cuya existencia no podía probar… Si pudiese ver todo lo que se está proponiendo hoy en día…