viernes, 10 de octubre de 2008

Premio Novel 2008 de Fisica: La ruptura de Simetría CP y el número de Familias de quarks


El Premio Nóbel de Fisica 2008 se ha concedido a una aportación al conocimiento fundamental de la materia y de sus interacciones: La ruptura espontánea de la simetría y la violación de la simetría CP. Está dotado con diez millones de coronas suecas (un millón de euros) y, como el resto de galardones Nobel, se entrega el 10 de diciembre.
Lo han recibido el estadounidense Yoichiro Nambu por un lado, y los nipones Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa por su contribución al conocimiento de las partículas subatómicas.

A Nambu, nacido en 1921, y que forma parte del prestigioso Instituto Enrico Fermi de EEUU, se le reconoce "su descubrimiento del mecanismo de la ruptura espontánea de simetría, en la física subatómica".
A Kobayashi -del Acelerador de Alta Energía de Tsukuba (Japón)- y Maskawa -del Instituto Yukawa de Física Teórica, de la Universidad de Kyoto-, se les alaba su papel en el descubrimiento del origen de las rupturas de simetría, "que predicen la existencia de al menos tres familias de quarks en la naturaleza". Ya son parte del modelo estándar

En 1960, Yoichiro Nambu formuló su descripción matemática de la ruptura espontánea de simetría, como parte de la teoría de la física de partículas. Este mecanismo oculta la verdadera sencillez y el orden de la naturaleza bajo una superficie en apariencia compleja.
El modelo de Nambu ha resultado de tanta utilidad en las últimas décadas, que ya forma parte del modelo estándar de física de partículas, que permite unificar en una sola teoría lo que se conoce de las partículas subatómicas y de tres de las cuatro fuerzas de la naturaleza: la interacción nuclear fuerte (responsable de la unión del núcleo y de los quarks dentro de cada partícula), la débil (fuerza transmutadota de unas partículas en otras y responsable de cambiar el sabor de un quark en otro, así permite convertir un protón en un neutrón para conseguir Helio a partir de Hidrógeno, reacción básica que mantiene encendido al Sol y de ciertas desintegraciones radiactivas) y por último del electromagnetismo.

Respecto a Kobayashi y Maskawa (nacidos en 1944 y 1941, respectivamente), son los responsables de haber formulado en fecha tan temprana como 1971 la explicación a otro fenómeno de nombre similar, pero independiente, las rupturas de simetría, que parecen haber existido desde la creación del universo. Sus cálculos teóricos obligaron a ampliar el modelo estándar de física de partículas, hasta acoger tres familias de quarks, de cuyos miembros se ha ido obteniendo constancia durante los últimos años.

¿Pero qué es la ruptura espontánea de la simetría?

Pese a que creemos firmemente que las fuerzas de la naturaleza parecen iguales desde cualquier dirección desde la que observemos, hay situaciones que parecen contradecirlo. Es un mecanismo muy frecuente incluso en nuestra vida cotidiana. Así el agua totalmente igual en cualquier dirección, cristaliza al congelarse y al formar una red parece primar unas direcciones con respecto a otras. Imaginemos que fuéramos un ser que vive dentro de un imán, Hay unas direcciones distintas a otras y parece que las leyes cambian según hacia donde miremos. Si calentáramos el imán hasta que perdiera sus propiedades veríamos que no es así.
Algo similar creemos que sucede en nuestro Universo: está tan frío que parece que no se cumple la simetría inherente a las fuerzas. Creemos que todas son manifestaciones de una única que operaba al principio.

Además de esta existe una ruptura de la simetría más profunda: responsable de que nuestro universo la materia y la antimateria no se aniquilaran totalmente al comienzo. Gracias a eso estamos aquí: en la poquita diferencia de materia que no se aniquiló.

Simetría C: Si cambiamos cada partícula por su antipartícula (sólo cambiamos el signo) las leyes no cambian. No es así.

Simetría P: También creemos que debería comportarse igual nuestro Universo que su imagen especular, pero tampoco es así. De ahí el tópico de que los electrones son todos zurdos.

Determinados procesos cumplen ambos: no varían si cambiamos a la vez Simetría CP. Cambiando carga y en una imagen especular los procesos son indistinguibles. La fuerza electromagnética y la interacción fuerte se comportan así(cumplen la simetría CP) pero no así la interacción débil.

Creemos que hay una invariancia CPT: o sea, si en nuestro universo cambiáramos el signo de las cargas (materia por antimateria), por su imagen especular e invirtiéramos el orden temporal, no variarían las leyes físicas.

El Campo escalar y sus partículas asociadasde Higgs es una posible explicación para otra ruptura espontánea de la simetría: por qué partículas hermanas como las que transportan la fuerza electromagnética (foton) y la débil (W+,W- y Zº) son tan distintas si se unifican en una única fuerza: la primera carece de masa en reposo y las segundas son muy masivas. Este mecanismo dota de masa a las partículas que así parecen distintas y actúan a unas a distancias infinitas y otras muy cortas.

2 comentarios:

Ricardo dijo...

Esta chido tu blog, me va gustando.
Sigue así.

Saludos

Francisco Jose Menchen Caballero dijo...

Muchas Gracias,

Espero seguir contando con vuestros valiosos comentarios y criticas que son, como en ciencia,la única manera de mejorar y prograsar.
¿Hay algo que te haya interesado más particularmente o que te interese de Fisica o Matematicas y aún no haya tratado?

Un cordial saludo


Fran