Novedades de Fisica de Particulas Verano 2011

Hola Elementales,

No, no os he abandonado, es que tampoco como vereis la investigación básica avanza a un ritmo tan trepidante como nos gustaría...

Desde el último avance ha habido varias publicaciones que básicamente van en estas direcciones:

1. Comprobada la oscilación desde el neutrino muonico al neutrino electrónico. El neutrino del muón "cambia de sabor" conforme viaja. Se ha medido el efecto incluso en una distancia tan pequeña. Bajo condiciones controladas, produciendo neutrinos muonicos y atravesando la tierra unos 800Kms.

Primero lo publicó Japón con su experimento T2K, quien publicó los datos hasta el momento. justo tras el Gran terremoto y Sutnami que afectó a todo el país y que efectivamente ha afectado a este gran centro de investigación. Aún están evaluando daños y es pronto pero parece que estará al menos bastante tiempo sin poder trabajar.

El gran detector Superkamiokande en Kamioka, detecta los neutrinos producidos en el J-PARC (Complejo de Investigación y Acelerador de Propones Japones). Ambos centros distan 295Kms uno del otro. Se envían neutínicos y se reciben electrónicos!

J-PARC_T2Kneutrino

Unos quince días después lo corroboró el experimento MINOS en el FERMILAB (Chicago en USA) . Donde han producido igualmente los neutrinos  eran enviados a través de la Tierra hasta el detector situado a mucha profundidad en una mina abandonada de Soudan (Norte de Minnesota) a unos 780Kms de distancia y midió dicha oscilación.

MINOS experiments

 

Falta por medir con precisión el cambio, si se produce y en que proporción, hacia el neutrino Tau, muchísimo más difícil de detectar. Ya se están preparando detectores para tal efecto...os mantendremos informados.



Detector CDF en el Tevatron



2. Se publicó en el Tevatrón (Fermilab, cerca de Chicago) hace bastantes meses (como un año y algo) que por fin en un experimento en el que se chocaban dos chorros de protones y antiprotones y en el que se producía un boson W y dos chorros de hadrones, se comprobaba un incremento de sucesos cuando se rondaba la frecuencia de los 150GeV, cuya proporción se desviaba significativamente de las predicciones del Modelo Estandard. Lo más sencillo era que se hubiera descubierto una nueva partícula!. Por la energía podría ser la partícula de Higgs, pero por el tipo de experimento se descartaba esa hipótesis: y las apuestas se dispararon para intentar adivinar qué se había pescado!. Pues bien, la noticia es que esos datos eran debidos al detector "CDF", se repitieron y se volvieron a confirmar. Pero repitiendo el mismo experimento en el otro detector del mismo centro, el "D0", los datos sí se adaptan a la predicción del modelo! O sea, que en el mismo centro tenemos dos resultados... hay que comprobar ahora cuál de los dos está mal y por qué.

 Como sabéis el modelo actual que tantos éxitos ha cosechado durante los últimos 30 años, y cuya única pieza sin encontrar es el famoso "bosón de Higgs" (nada menos que la partícula que puede dotar de masa al resto...), o cualquier otro mecanismo que produzca algo similar. Ya se sabe que para incorporar a la gravedad y demás fuerzas (si las hay...como el inflatrón, etc...), y para continuar avanzando en la escala de lo más pequeño todavía, lo que en física de partículas equivale a más energía hay que buscar un modelo nuevo que complemente o sustituya al actual modelo estándar. Que sería a la física de partículas lo que el modelo Newtoniano es a la Gravedad clásica: una teoría o modelo que se aproxima aceptablemente bien al mundo en determinada escala, y nos permite calcular con un grado de exactitud suficiente. Por ejemplo para cálculos en la Tierra a velocidades no relativistas entrega resultados que coinciden con la Relatividad en un factor similar a la velocidad de la luz (deberíamos recorrer muchísimos decimales para encontrar la primera discrepancia). Siempre que obviemos los principios fundamentales que subyacen debajo de la misma, a efectos de puro cálculo.

Detector AMS2 en la estación espacial ISS

3 ¡Por fin el detector AMS-2 está en el espacio y bien acoplado a la estación espacial internacional ISS!. Fue en el ultimo vuelo del transbordador Endevour. Es un detector como el de los aceleradores de partículas pero especialmente diseñado para detectar los "rayos cósmicos": partículas muy energéticas procedentes del espacio, la mayoría protones y núcleos atómicos a una velocidad increíble, pero también, esperemos, nuevas partículas aun no detectadas o muy escasas: como antimateria (antinucleos de helio, etc...), partículas subatómicas exóticas, supersimétricas, materia oscura, etc... También nos dirá qué nos espera en un viaje espacial más allá de la Luna, por ejemplo a Marte y cómo protegernos de estas radiaciones...

Video de AMS-2

4. El origen de la enorme cantidad de energía, en forma de calor, que produce el interior de la Tierra:

El experimento KamLAND, con base en Japón,  ha medido con mucha precisión la energía que genera el Manto y el Núcleo de la Tierra (nada menos que 44 Ws Terawatios), vía el estudio de los antineutrinos que se producen en las reacciones de desintegración radiactiva de los isótopos  que se hundieron en la formación de la Tierra (principalmente Uranio, Torio y potasio radiactivo).

Pues bien, se ha demostrado con un exactitud del 97%, que la mitad de esa energía se produce por la radiactividad natural. Otra parte (pequeña) se debe al calor residual de la formación del planeta ... el resto aún es un misterio..

Se producen unos 8TWs por el decaimiento del Uranio (U) 238, otros 8TW por el Torio (Th) 232 y 4TW por el Potasio (K) 40.

El experimento discrimina la distribución de dichos isótopos a lo largo de la profundidad de la Tierra, así los elementos del manto son más bien "litofilos" (elementos que aman las piedras como silicatos...) y los del manto tipo "siderofilos" (elementos que aman al hierro y los metales).

Esa fuente de energía es la que mantiene encendida la dinamo magnética de La Tierra que nos apantalla de las peligrosas radiaciones procedentes del espacio, sin la cual no podría haber vida en la Tierra tal y como la conocemos.

Articulo de Geofísica

 

5. Creada la partícula Xi-sub-b neutra:

En el LHC en Ginebra, se ha creado y medido con mucha precisión una nueva partícula de la tabla periódica de los bariones (partículas formadas por tres quarks, la mas ligeras el protón y el neutrón forman casi toda la materia "normal" como de la que estamos hechos, en su caso dos quarks up y uno down y viceversa: uud y udd).

Esta partícula esta formada por un quark botton, uno strange y uno up: bsu. Como el strange es una especie de quark down mas pesado y el botton también pero más pesado aún, la partícula es una especie de neutrón superpesado (unas 6 veces más).

De todas las combinaciones posibles y predichas de los 6 tipos de quarks: las combinaciones de estos 6 elementos tomados de 3 en tres, hay que sumarle que los quarks tienen spin (momento magnético) y la versión de menor energía tiende a tenerlos no orientados y también se dan en versión más energética con los tres spines orientados... de todas ellas estamos terminando las que poseen un quark "b".. quedan las de dos y la de tres y todas las que incluyan un quark "top"... muchisimas.

Medir con precisión todas sus propiedades y compararlas con las predichas por el modelo estándar puede arrojar pistas sobre si conocemos bien o no la naturaleza a ese nivel de energía... y pistas sobre los siguientes niveles y que teorías podrán venir a sustituirla o complementarla.

6. La sopa de quarks y gluones creada en el  LHC al final del año pasado, mucho más energética que las creadas en el Tevatrón, ha permitido tras estudiar la gran cantidad de datos generados, intuir nuevas propiedades de la fuerza de color. El modelo de la Cromodinámica Cuántica describe muy bien a los quarks y sus interacciones del "color" con los gluones pero en estados de casi plena libertad (asintótica claro, no se pueden alejar mucho, pero si no lo hacen se comportan como partículas libre a distancias típicas del interior del protón, es como si estuvieran atados por una cadena muy poderosa). Pero en la sopa de quarks y gluones la interacción entre todos ellos es muy intensa y se comportan como un fluido (de hecho como un superfluido)... y el tipo de nueva propiedad se asemeja más a "teorías Gauge tipo Yang Mills"... habrá que seguir avanzando en la escala de energías...

Un saludo Elementales

Francisco Jose Menchen

Novedades CERN Invierno 2011

Detector ATLAS durante la parada estival. Foto cortesía del CERN

Hola Elementales,

No se a vosotros, pero a mi esto de que la maquina más potente del mundo, que ha tardado más de 10 años en construirse, se haya apuesto en marcha, y no se haya encontrado todavía nada muy espectacular, ni nueva física y encima está más tiempo parada que funcionando me parece muy frustrante.

Pero es lo que hay... bueno al menos os cuento dónde estamos y la hoja de ruta.

En breve, posiblemente este mismo mes de febrero, se ponga de nuevo en marcha, tras el obligado parón estival para reajustar la máquina (y ahorrar energía a la zona en su pico de demanda anual).

Se ha decidido, contrariamente a lo programado inicialmente. mantener funcionando al sistema durante un año más en la banda de energía de hasta 3,5TeV por haz de protones.

La verdad es que según sus responsables ha funcionado muy bien en 2010, incluso mejor que lo esperado, pero no se han generado datos suficientes como para considerar completamente explorados los niveles de energía de la banda de

trabajo en la que se han movido. Falta sobre todo un poco más de intensidad, lo que se espera produzca datos a un nivel unas tres veces superior al del año pasado.

Tras esto volverá a pararse a finales del 2011, volverá a arrancar hasta finales del 2012. Fecha en la que se hará una parada muy larga para reajustar y cambiar la máquina hasta conseguir que trabaje a su máxima potencia teórica para la que se ha diseñado: 7 TeV por haz, con fecha prevista del 2014.

Si la naturaleza fuera "buena" se puede esperar encontrar "nueva física" en este rango durante 2011 o 2012, tal vez la primera/-s partícula supersimétrica: las más ligeras predichas por alguno de los modelos, o el Bosón de Higgs, postulado como posible con masa en este intervalo (hace ya mucho que se entró en la banda de los posible con respecto a su masa, cada experimento acota mejor la masa máxima posible y por descarte ajusta la mínima). Si no se encuentra nada nuevo, se habrá explorado bien esta banda de energía y se procederá al parón de finales del 2012...

La cuestión importante es que el CERN sólo recopila datos. Múltiples centros en todo el mundo los analizan y contrastan con otras tantas teorías o aspectos objeto de estudio específico. Para ello necesitan suficientes datos y algo de tiempo. Por supuesto que de lo predecible en el propio CERN hay tantos científicos brillantes y modelos que han elaborado durante años: "huellas" de cómo serían las trazas de las partículas esperadas con las propiedades esperadas, que si aparecen se detectarán casi en "tiempo real". Nada de esto ha sido detectado hasta ahora.

Tampoco ha sido un fracaso por esta razón. Se ha medido con mucha precisión características e interacciones ya conocidas y los datos empiezan a diverger de los esperado con el modelo Standard, luego sabemos que una nueva teoría lo reemplazará, pero aún no son lo suficientemente concluyentes como para determinar cuál de las candidatas a sucederla parece perfilarse. O como para descartarlas a todas y empezar a pensar en algo radicalmente nuevo e inesperado.

No obstante, a parte de diferencias sutiles que se han encontrado entre materia y antimateria, se ha encontrado un efecto no esperado: fragmentos de la colisión entre dos protones se han observado que salen despedidos de forma "correlacionados espacialmente", vamos, de forma muy ordenada entre ellos (no parece lo esperable de trozos de una colisión...) y la razón más plausible es que ya lo estuvieran los quarks que lo componían antes de la colisión... arrojando alguna pista sobre una nueva característica de la fuerza de color y los gluones que lo componen y mantienen unidos. Esto es muy interesante y mejorará nuestro conocimiento de dicha fuerza... pero no es la supernoticia que todos esperamos.

Os mantendremos informados...

Un saludo

Francisco Jose Menchen  

Las Fuerzas de la Naturaleza: el Devenir

Hola Elementales,

Como todo debe de estar a punto para que comience en pruebas de nuevo el LHC del CERN, la máquina más grande y compleja jamás construida por el ser humano. Vamos a intentar terminar la saga de artículos sobre el estado del arte en el conocimiento del microcosmos. A pesar de lo cual, y como veremos, también tiene profundas implicaciones en el macrocosmos y en objetos que podemos ver, sobre todo en los muy grandes, tales como estrellas, galaxias y el propio Universo.

En las entregas anteriores nos quedamos en la descripción de las partículas del modelo estándard de la Física, ya encontradas y aceptadas: los quarks y los leptones. De ambos se han encontrado 6 partículas, en total 12, que se agrupan en familias de dos miembros de cada, así tenemos:

Primera Familia: quarks up (u) y down (d), leptones: electrón (e-) y neutrino eletrónico (ne).

Segunda Familia: quarks strange (s) y charmed (c), leptones: muón (m-) y su neutrino (nm).

Tercera Familia: quarks bottom (b) y top (t), leptones: tau (t-) y neutrino (nt).

(Sin contar las correspondientes antipartículas...)

Hay una simetría evidente en horizontal y sobre todo en vertical: los quarks u, s y b tienen la misma carga -1/3 e idénticas características y sólo varían en su masa (u es el más ligero y el bottom el más pesado). Igualmente le sucede a los quarks d, s y t, de carga -2/3.

La simetría horizontal es más obvia pero al mismo tiempo más misteriosa: hay el mismo número de leptones que de hadrones y hay una relación entre sus cargas (por algo el protón tiene la misma carga que el electrón hasta donde se ha medido con mucha precisión). Pero desde el punto de vista del modelo standard es sólo una coincidencia, la carga se introduce arbitrariamente"a mano" después de medirla experimentalmente, y muy bien podría ser otra distinta. Igualmente sucede con el número de partículas, que coinciden... veremos más adelante como los modelos teóricos que se postulan como sucesores del estandard tratan de corregir esta carencia.

Pero hasta ahora no hemos dicho casi nada de las fuerzas fundamentales que los "unen" y que explican todas las interacciones entre ellas:

Había 4 fuerzas fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo, y las dos interacciones nucleares la "fuerte" y la "débil". Para Einstein sólo existían las dos primeras (pese a que se hubiera ya descubierto la radiactividad), pero desde los años veinte del siglo XX ya se conocían las cuatro.

En el modelo estandard, realmente ya sólo quedan tres de ellas, porque unifican al electromagnetismo con la fuerza nuclear débil en la llamada fuerza "electrodébil", pero como veremos, a cambio introduce una nueva interacción: el campo de "Higgs" con sus famosas partículas aún no encontradas (último y único eslabón del modelo estandard aún no detectado en laboratorio)., también llamadas "partículas divinas".

A estas cuatro, probablemente también habría que sumar a nivel macroscópico la fuerza que originó la expansión inflaccionaria acelerada que sucedió al Big Bang (se postuló como "inflatón"), que podría ser la misma que ahora actúa en lo que se ha denominado "energía oscura". Pero nos centraremos por ahora en las interacciones microscópicas. La gravedad por el momento queda también fuera ya que al ser tan débil su fuerza es totalmente despreciable entre dos partículas, comparada con las nucleares y el electromagnetismo. Digo por el momento porque a energías mucho mayores (10^18GeV) que las que podemos explorar ahora, o sea, a distancias mucho más pequeñas, próximas a la escala de Plank (10^-33cm) la gravedad puede ser la fuerza dominante en lo muy, muy pequeño, al igual que ahora lo es en lo muy, muy grande (a nivel de planetas, galaxias, etc...). No deja de tener cierto atractivo el que lo muy pequeño y lo muy grande del Universo al final se enlacen y dependan de una única fuerza o principio.

El electromagnetismo:

Es con diferencia la fuerza mejor conocida y la que nos resulta más familiar, ya que es la dominante en la escala a la que nos movemos nosotros. Cada vez que andamos, o un coche se mueve, o un árbol crece demuestra que la electricidad es más fuerte que la gravedad en este tamaño. Desde el tamaño de una montaña (10^3 o 10^4 metros) hasta el tamaño de un átomo (un amstrom 10^-10 metros) es la fuerza más poderosa.

Es responsable de los efectos eléctricos (atracción y repulsión entre objetos cargados), magnéticos: imanes, atracciones y repulsiones entre cargas en movimiento (como corrientes electricas) y la parte más novedosa, que explicó Maxwell, entre campos variantes (un campo eléctrico que varía con el tiempo genera uno magnético y viceversa). De suerte que puede haber un campo que se auto sostiene generando una onda (para sorpresa de todos la luz quedó explicada como un caso particular de este tipo de ondas).

Además de la electricidad, el magnetismo y la luz (y todas los demás tipos de ondas electromagnéticas entre las que podemos citar de menor a mayor energía: ondas de radio, microondas, radiación infraroja, visible, ultravioleta, rayos x y rayos gamma), es responsable de muchos efectos indirectos "menores" tales como ¡toda la química, incluyendo la biología al nivel más fundamental!. Así, la energía química es sólo una manifestación menor de la atracción entre los electrones y el núcleo con cargas opuestas. Incluyendo todo tipo de enlaces y especialmente los de Van der Waals, tan importantes para la vida.

¿Qué es lo que incorpora de novedoso el modelo Estandar en la Electrodinámica Cuántica? la teoría mejor comprobada y más exitosa de la historia (hasta con 20 decimales de exactitud...). Ésta explica el electromagnetismo así:

Una única partícula el "fotón" es la portadora de dicha fuerza. Las interacciones de todo tipo son sólo un intercambio de fotones "virtuales" entre partículas cargadas. Cuando un electrón es atraído por un núcleo sólo intercambia fotones, que portan la diferencia del momento que explica el cambio en su trayectoria y energía. Es como un hilo que tira del electrón formado por un chorro de fotones. Aunque podría ser un único fotón.

El fotón tiene masa en reposo cero: lo que implica que se propaga a la máxima velocidad posible, la de la luz. Su masa cero también implica que el alcance de esta fuerza es ilimitado, se reduce con el cuadrado de la distancia pero nunca se hace cero del todo.

El fotón también tiene carga eléctrica cero. Esto es muy importante, como ya veremos, ya que no se atraen ni interactúan entre ellos, sólo con otras partículas. Así pueden propagarse sin problemas en un haz.

El fotón tiene spin 1, entero, lo que hace que no le afecte el principio de exclusión, así puede haber un número de ellos a priori todo lo grande que se quiera.

Los fotones son de dos tipos: los virtuales o portadores de la fuerza y los reales (que son las ondas electromagnéticas a las que estamos tan acostubrados) como por ejemplo los fotones de la luz visible.

Fuerza nuclear "débil":

Es la responsable de la transmutación, el sueño de los alquimistas: al final resulta que es posible. Es la que produce la desintegración radiactiva tipo "beta" por la que un protón se convierte en un neutrón o viceversa. Se empezó a estudiar por la radiactividad. La primera teoría que explicaba sus efectos se debía a Enrico Fermi, mediante calculo matricial. Pero no era renormalizable, arrojaba resultados absurdos e infinitos en muchos cálculos a priori.

La primera teoría coherente y renormalizable se consiguió sólo al unificarla con la fuerza electromagnética. La idea era de Julian Swinger y la concretó su doctorado Sheldom Glashow (a cambio y para que funcionara Steven Weimber y Abdus Salam introdujeron el campo de Higgs).

Según esta teoría hay una única fuerza, que se manifiesta de formas tan diversas que parecen tres fuerzas distintas (a la temperatura tan fría a la que se encuentra actualmentede nuestro universo y hasta la que hemos podido medir en laboratorio). Pero a energías mucho mayores, a mucha más temperatura, o lo que también es equivalente a distancias muy, muy cortas, mucho menores que el tamaño de un protón) son indistinguibles.

La fuerza la portan tres partículas hermanas: el fotón y los bosones W y Zo .

La fuerza actúa realmente a nivel de quark. Lo que hacen realmente las partículas W y Z es cambian el sabor de los quarks. Así se explica por ejemplo la desintegración beta que cambia un protón en un neutrón, ya que realmente se produce el cambio de un quark Up en uno Down, (en este caso evidentemente hay que portar carga). La teoría predijo efectos nuevos, como corrientes neutras mediante la particula Z no prevista antes, por las que por ejemplo un neutrino puede transferir su energía o gran parte de ella a un electrón, sin cambiarlo en otra cosa.

Los cambios tienen sus reglas, que ya se conocían y ahora se explican. No puede haber cualquier tipo de cambio:

Hay un equivalente a la carga electrica que determina qué partículas interactúan con la fuerza, la podemos llamar carga electrodébil. Los fenómenos siempre parecía que afectaban a 4 partículas: en dos formas: 1 partícula da lugar a 3 (por ejemplo un fermión cargado se desintegraba en otro y en dos particulas más, un neutron en un proton mas un electron más un antineutrino), o bien 2 y 2 (un neutrino chocaba con un electron y se obtenía un nuevo par neutrino más electrón).

Hay un equivalente a la conservación del número bariónico, el isospin electrodebil, en el número del sabor (ejemplo si la extrañeza es 2, la reación la mantiene salvo que la fuerza "débil" cambie la extrañeza en una unidad). En una reacción la extrañeza es igual en ambos lados de la igualdad. Por esto las partículas extrañas son tan "longevas" porque si no actúa la fuerza débil no pueden decaer en ninguna partícula más ligera.

Tal vez la característica más sorprendente es que para la fuerza débil, y hasta donde se sabía, sólo existen los fermiones "zurdos" o levógiros, los que giran en sentido contrario a como habitualmente avanza un tornillo. La fuerza debil no respeta la simetría especular (si miramos en un espejo un electrón zurdo se vuelve diestro y viceversa, el resto de las fuerzas sí respeta esta simetria la débil no). Esto es sólo cierto, tal y como sabemos ahora, para los bosones W cargados. Pero también, sorprendentemente, se encontró que las corrientes neutras no presentan esa peculiaridad e interactúan tanto con fermiones zurdos como diestros. Aqui se atascaron. Hasta que alguien pensó que ya que el electromagnetismo no distingue zurdos de diestros, debía de haber una relación entre ambas fuerzas mediante el boson Z. Con la nueva teoría, el bosón Z y el fotón no pueden existir el uno sin el otro (pese a que el boson Z pese unos 90GeV y el foton cero).

El grupo de simetría Gauge o grupo de aforo de la fuerza débil es el SU2 y al unir el foton los matematicos crearon el U(1)xSU(2) que resulta dar lugar a los 4 bosones predichos W-,W+,Z y El foton. Hablaremos de lo potente y sencillo de la Teoría de Grupos en un tema dedicado sólo a ellos.

Fuerza nuclear fuerte: Cromodinámica cuántica

Como dijimos en el apartado anterior el mundo de los quarks es el mundo del "color".

Hay una carga nueva, como la electrica en el caso de la fuerza electrica, pero aqui se ha denominado de "color". En el mundo no puede haber color aislado, siempre se dan partículas "acromáticas" incluso en periodos increiblemente pequeños de tiempo.

Así las partículas o son mesones, formadas por una partícula que consta de un color y otra con su "anticolor". O bien son bariones formados por tres partículas con tres colores diferentes cada uno y el conjunto resultante no posee color.

La partícula que los une es el "gluón". Que une y actúa únicamente sobre las partículas que poseen carga de color. Los gluones son como si fueran de dos colores. por ejemplo: rojo-verde o rojo-azul o azul-verde. Por combinatoria y teoría de grupos hay realmente 8 tipos distintos de gluones (¿a que os salían 9?).

El Grupo que define la simetría de la fuerza de color es el SU(3).

Al contrario que los fotones, son muy pesados por lo que su radio de alcance es muy, muy corto, típicamente sólo actúan a distancias similares a la del interior del protón (10^-17 metros).

Tienen spin entero y un par de propiedades insólitas:

A distancias muy cortas, esto es a energías muy elevadas, típicas del interior del hadrón, se comporta como si no actuaran en absoluto (a esto se le llama "libertad asintótica").

Pero en cuanto los quarks se intenten separar más allá de cierta distancia empieza a actuar con una fuerza tan colosal que es imposible escapar: la fuerza necesaria para separar dos quarks un metro es similar a la necesaria para elevar una piedra de una tonelada un metro sobre la superficie de nuestro planeta, aproximadamente. ¡Eso es mucha energía entre dos objetos tan pequeños!

La fuerza nuclear que mantiene unidos a los protones y neutrones en el núcleo atómico resulta al final ser una manifestación menor y pálida de la verdadera fuerza de color que mantiene unidos y confinados a los quarks dentro de cada nucleón (al igual que las fuerzas químicas lo son de la fuerza eléctrica).

Lo cierto es que el enlace posee tanta energía que si se rompe libera suficiente energía como para crear un par de quark y antiquarks. El quark sustituye al extraído y el antiquark se enlaza con el "libre" formando un meson. El resultado es que no podemos obtener quarks libres. Ni partículas con color de forma aislada.

Los gluones sí interactúan entre ellos porque portan a su vez carga de color. Así sólo interactúan con partículas que poseen color, pero ellos mismos también tienen color (una gran diferencia con los fotones que sólo interactúan con partículas con carga eléctrica pero ellos no la poseen). Así tan pronto los emite un quark empezan a interactuar con él y con ellos mismos... formando una cadena de gluones.

Esto también les afecta especialmente en su interacción con el vacío. La carga electrica se apantalla por efecto del vacío cuántico: un electrón real atrae a los positrones virtuales que se forman como pares en el vacío y repele a sus electrones virtuales pareja, el efecto es que la carga que sentimos en un electrón es menor que su carga real.

El efecto en los gluones es el contrario: el vacío quántico incrementa la carga de color de los gluones... aumentando la interacción entre ellos, ya de por sí muy fuerte, en su "cadena pegajosa".

Al ser los Gluones tan pesados influyen en el cálculo de la masa de las partículas. Así la masa del protón es muy superior a la masa de los tres quarks en reposo que lo constituyen, ya que hay que sumar a la masa de los quarks la enorme energía cinética de todos ellos moviéndose en casi completa libertad (que paradoja) dentro de su partícula-prisión. Así al final casi toda la masa de los protones y neutrones es energía cinética de sus constituyentes.

Campo de Higgs:

Para que las fuerzas de unificación electrodébil existan como tales, debe de haber un mecanismo que dota de masa a las partículas. Ya que consigue que los fotones y los bosones W y Z sean indistinguibles y sin masa a partir de cierta energía. Pero a la temperatura ambiente de nuestro universo actual los bosones W y Z pesan entorno a 80 GeV (como 80 protones). Así pues, de todos los mecanismos de rotura espontánea de simetría posibles: teorías Yang-Mills con bosones escalares tipo Goldstone (ya hablaremos de ellos en futuras entradas) y que expliquen el efecto, el más sencillo es el Mecanismo o Campo de Higgs. Se debe a Peter Higgs un brillante físico teórico escocés, quien lo había postulado unos años antes, pero sin ser consciente de que podía ser el ingrediente secreto que le faltaba a la teoría de unificación de la fuerza débil y el electromagnetismo que se había atascado porque no se podía encajar un bosón vectorial sin masa y al mismo tiempo con mucha masa, ¿cómo podía ser que la fuerza electromagnetica tuviera un radio de acción ilimitado y la nuclear débil de tan corto alcance?. Este mecanismo dota de masa a las partículas.

En futuras entradas dedicaremos a la masa un monográfico al menos. ¿qué es? Es normal que no supiéramos contestar a esta pregunta hasta ahora. Fijémonos en que la mayor parte de la masa de la materia que conocemos y de la que estamos hechos está concentrada en el núcleo, en él la mayor parte de la misma hemos visto que es energía cinética de sus constituyentes, otra gran parte es energía de los enlaces que los unen (gluones) y sólo una pequeña parte es materia propiamente dicha: quarks.

El mecanismo parece magia: un campo escalar impregna todo el espacio e interactuándo con él las partículas adquieren masa. Debe de haber al menos 4 tipos de bosones de los cuales al menos uno puede ser "real" y observable en laboratorio. Sabemos los límites de su masa y estamos muy cerca del inferior y podemos llegar a él con máquinas como el LHC del CERN. !Si existe tal cual, lo encontraremos en un plazo inferior a uno o dos años!

El mecanismo es curioso porque todos los sistemas físicos tienden a su nivel de mínima energía posible. Como la materia no carece de masa, el campo de Higgs posee un nivel estable medio por encima del valor cero...

¡Bueno Elementales, ahora sólo falta que enciendan el LHC antes de fin de año!

Saludos

Francisco Jose Menchen