viernes, 5 de septiembre de 2008

Este otoño se pone en marcha el LHC en el CERN

El CERN, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas, tal y como estaba previsto pondrá en marcha El Gran Colisionador de Hadrones (LHC en sus siglas en ingles) , el acelerador de partículas más potente del mundo. Construido en un gigantesco túnel circular de 27 kilómetros de largo situado bajo la frontera suizo-francesa, en Ginebra, a una profundidad de hasta 150 metros, el LHC tiene el objetivo de desentrañar la estructura última de la materia y estudiar en detalle cómo actúa la Naturaleza. Se espera continuar encontrando nuevos elementos constituyentes de la materia y fuerzas elementales, predichas o no, por las actuales teorías del todo: el Modelo Estandard y todas las candidatas a unificar también la gravedad como las Teorías de Supercuerdas, Gravedad Cuantica de Bucles, etc...

También se beneficiarán, de lo que se descubra, los actuales modelos del Universo y su evolución, que pretenden dar respuesta a preguntas tan emocionates como qué es la Materia Oscura y la aún más enigmatica Energía Oscura. Estas dos últimas suponen el 20% y el 75% respectivamente de todo lo que "hay" en el universo y la materia ordinaria (de la que estamos constituidos nosotros, la Tierra y las estrellas) supone tan sólo entorno al 5%.

Pese a la polemica que ha suscitado el LHC, en la prensa seudocientifica y de divulgación sensacionalista al que acusan de que tal vez podría crear en la Tierra un "micro agujero negro" o "materia extraña ultracompacta" que podría crecer y engullirnos, el dispositivo es totalmente seguro como han acreditado mediante multiples estudios distintos grupos de expertos.

La razón es sencilla, aunque el nivel de energía que podrá alcanzar el LHC es muy superior al que jamás ha alcanzado cualquier dipositivo creado por el hombre, resulta muy frecuente e incluso inferior al de muchas partículas que usualmente chocan contra otras partículas de la atmósfera, produciendo a su vez una cascada de desintegraciones sucesivas y nuevas subpartículas todas ellas inestables y de vida muy corta, cada vez menos energéticas y que terminan o en forma de rayos gamma a gran altura o decaen en forma de muones y piones que a veces alcanzan y hasta atraviesan la superficie de nuestra corteza. Si algo peligroso se pudiera crear, ya se habría estado produciendo desde los primeros instantes de nuestro planeta, antes incluso de que surgiera la propia vida en él.

Se espera con gran expectación encontrar las partíuclas de Higgs, último eslabón del Modelo Estandar y responsables de la masa y de la ruptura de la simetria que se supone poseen todas las fuerzas conocidas, ya que en realidad serían una sóla Fuerza a energías y temperaturas muy altas, condiciones que se dieron al comienzo del Universo y que tal vez aún se estén dando en la actualidad, en algún fenómeno muy violento (como materia engullida por Agujeros Negros Supermasivos o choques de Estrellas de Neutrones que terminan fusionándose).

Lo único que tiene de especial la materia Oscura es que no la podemos ver, porque no interactúa con la fuerza electromagnética, pero podemos sentir sus efectos gravitacionales, ya que de no existir las mismas galaxias no podrían continuar cohesionadas ni tan siquiera haberse creado tal y como las conocemos. Hay varios candidatos a ser sus constituyentes, como hipotéticas partículas muy pesadas y estables que interactúen sólo mediante la fuerza débil.
O hipoteticas partículas supersimétricas, estables y que no se podrían descomponer en partículas aún más ligeras.

También se espera que de las medidas más precisas de partículas ya conocidas como Quarks, así como de sus combinaciones, surjan nuevas pistas que podrían arrojar algo de luz sobre otros misterios y ayuden a desarrollar o descartar nuevas teorías. Por poner un ejemplo, del último quark descubierto el "Top" hay unos 20 hadrones (particulas como los protones o neutrones constituidos por tres quarks) que podrían construirse, de los que ya se han encontrado unos 12. A partir de la medida de sus características y comparación con las predicciones, podemos ajustar mejor dicha teoría, o descartarla y predecir nuevas particulas o interacciones que buscar.

Y lo que es más fascinante aún, a partir de esas medidas ultraprecisas podría con suerte determinarse si nuestro Universo posee más dimensiones aparte de las 3 espaciales más la temporal ya conocidas, tal y como predicen casi todas la teorías que pretenden unificar la gravedad con las otras fuerzas. Estas nuevas dimensiones no se habrían detectado hasta hora, debido a su reducido tamaño. Con suerte podrían ser de un tamaño similar a las distancias que vamos a poder observar directamente con el LHC. Si no, se podrían deducir de forma indirecta a partir de las observaciones que se realicen de la propagación de la energía y las partículas a esas escalas (si hay más dimensiones, algo de energía o alguna partícula podría difundirse a su través y a nosotros nos parecería que literalmente se pierden o desaparecen de nuestro universo, como se sospecha pudiera sucederle a los gravitones debido a su spin 0).

Llevamos años de ansiosa espera, ya que para aprovechar el túnel del acelerador precedente, de Leptones, hubo que desmontar y volver a montar de nuevo toda la maquinaria, proceso que se estimó no llevaría menos de 8 años... las razones presupuestarias primaron, pero gracias a eso es hoy un proyecto real y no uno frustrado como el tan deseado Supercolisionador Superconductor (de 80 Kms de anillo que se pretendía construir en USA y que finalmente se canceló por razones presupuestarias).

!El primer haz de millones de protones se disparará el próximo 10 de septiembre de 2008, seguiremos esperando entusiasmados!

Sobre la distribución de los números primos...



Actualmente, todo el edificio matemático sobre teoría de números descansa sobre la Hipótesis de Riemann , aún sin demostrar. La hipótesis relaciona la función zeta, con la cantidad exacta de números primos menores que una cantidad dada. Y más concretamente, asegura que todos los ceros de dicha función en el plano complejo se encuentran situados sobre la recta de valor real 1/2. Hasta donde se ha podido comprobar, con ayuda de los más potentes ordenadores actuales no se ha encontrado ni un sólo contraejemplo, adentrándose en el plano complejo hasta distancias astronómica (similares a las de la galaxia más lejana, si entre cada cero hubiera una distancia de tan sólo centímetros).

En una ciencia aplicada, eso supondría un éxito rotundo. Sería la teoría comprobada experimentalmente con éxito con la mayor exactitud jamás lograda. Pero en matemáticas eso no supone absolutamente nada: está tan lejos como los dos primeros ceros. Y máxime teniendo en cuenta que "los números primos muestran todo su caracter a distancias que nos estarán probablemente por siempre vedadas". (Hardy). Se precisa una demostración rigurosa.

El problema es tan arduo que diversas instuciones han propuesto premios muy atractivos (algunos como el Instituto Clay de un Millón de Dólares), por no hablar de la fama y gloria eterna que espera a quien lo consiga.

Hay que tener en cuanta además, que todo el sistema de criptografía y seguridad de transmisión de información actual, incluido todo el comercio electrónico mundial, se basa hoy en día en algoritmos que de un modo u otro factorizan números primos de enorme tamaño, tarea que a los ordenadores les resulta de una enorme complejidad computacional, y conforme avanzan en prestaciones sólo hay que ir aumentando el tamaño del número para que vuelva a ser inalcanzable.

Seguiré contando curiosidades e información de estas "joyas" o "ladrillos" de la matematica, ya que todos los números se generan a partir de ellos. Hoy me despediré contando que los chinos desde épocas muy remotas ya tenían un conocimiento muy avanzado sobre ellos y sobre teoría de números (la ley de reciprocidad cuadrática también es conocida por su equivalente "el teorema chino del resto"). Los chinos consideraban los números pares como femeninos, los impares como masculinos y de ellos (salvo el 2 claro) los números no primos se consideraban afeminados, debido al caracter a su juicio indomable y revelde de los primos.

La lista de los primeros números primos es:

2, 3, 5, 7, 11, 13 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97, 101, 103, ....

¿Puedes predecir el siguiente ?
Curiosidades:
· Hay infinitos números "primos gemelos" emparejados, como el (3,5), (11,13), (17,19), o sea que entre ellos sólo dista un número par intermedio y su diferencia es 2.


(nota: el número 1 se considera primo sólo a efectos de algunas teorías más modernas generalizadas, pero no es un primo ya que todo número es divisible por sí mismo y por 1)