HUMOR CIENTÍFICO

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lunes, 20 de octubre de 2014

LA TEORÍA DEL TODO (I)


   La ciencia consiste básicamente en la búsqueda de ecuaciones matemáticas que permitan describir el comportamiento de la Naturaleza. Es a esto a lo que llamamos Leyes Naturales.
   Podemos conocer de antemano cuanto se va a estirar un muelle al colgarle cierto peso si usamos la ecuación P = K x , donde P es el peso, x lo que se estira el muelle y K un cierto número propio de cada muelle (una constante). Es la llamada ley de Hooke.
   No sabemos por qué, pero a la naturaleza le complace comportarse siguiendo rígidas ecuaciones matemáticas, ecuaciones que hemos ido encontrando poco a poco. De todas ellas las mas importantes son las descritas por la Física, ya que todas las demás disciplinas científicas están basadas en ellas: la Química no es mas que la descripción de cómo se reordenan los átomos o cómo se relacionan estos entre sí …. lo cual depende de la fuerza electromagnética que la Física describe. La Bilogía está dominada básicamente por las reacciones químicas en los organismos.... que son consecuencia de fuerzas electromagnéticas. Y lo mismo podríamos decir de las otras disciplinas científicas.
   El desarrollo tremendo de la ciencia en el último siglo ha permitido situarnos en una posición en la que, por primera vez, el hombre aspira a encontrar un número pequeño de ecuaciones capaces de describir toda la realidad. A esto lo llamamos Teoría del Todo. A partir de ese pequeño número de ecuaciones podríamos ser capaces de deducir todas las demás leyes de la Física, Química, Biología, Geología.. etc.
   La Teoría del Todo debe reunificar en una sola las tres teorías que engloban una explicación de todo lo que ocurre a nuestro alrededor: una descripción satisfactoria de la Gravedad, de las distintas partículas que componen los átomos ( y las fuerzas entre ellas) y del desarrollo del Universo a gran escala (Cosmología).
   Las fuerzas que gobiernan lo que ocurre dentro de los átomos son tres: la fuerza electromagnética, asociada a la carga eléctrica, que une los electrones al núcleo atómico; la fuerza nuclear fuerte que mantiene a protones y neutrones pegados en los núcleos y la fuerza nuclear débil, responsable de ciertos fenómenos radiactivos.
   El empleo de  energías cada vez mayores en los experimentos, llevó a descubrir que dentro de los átomos había mas partículas de lo esperado, como los muones. Necesitábamos un concepto de átomo mas allá del simplista modelo nuclear.
   La teoría que describe las fuerzas y el comportamiento de las partículas mas pequeñas que componen los átomos (partículas elementales) es la Mecánica Cuántica. Su desarrollo permitió unificar las tres fuerzas en una sola descripción teórica que también explica el número y tipo de partículas elementales que deben existir. Este conjunto de ecuaciones es lo que los físicos denominan el modelo estándar.
   Partiendo de lo ya conocido (las tres fuerzas descritas y la existencia de protones, electrones, neutrones, fotones,etc) en las ecuaciones el modelo estándar aparecen términos que se corresponden con partículas que deben existir en la realidad y de cuya existencia no se sospechaba. Es el ejemplo de los “quarks”, que forman los protones y neutrones. Así el neutrón está formado por un quark “up” y dos quarks “down”.
   El tamaño de los quarks es extremadamente pequeño: Si el átomo tiene un radio de 1 Å (10-10m), el núcleo tiene un radio de 10-14 m y el quark unas diez mil veces mas pequeño. Para descubrirlos necesitamos enormes cantidades de energía, como la que se consigue al acelerar partículas y hacerlas chocar contra núcleos de otros átomos.
   La existencia real de los quarks ha sido demostrada a posteriori en los grandes aceleradores. Esto es una señal muy buena en ciencia: una teoría que predice algo no conocido y que después se demuestra correcto, es una buena teoría científica.
   En los últimos cincuenta años la base de la física teórica ha sido el desarrollo y ampliación del modelo estándar . En el camino han aparecido mas partículas elementales desconocidas: el pión, el neutrino…..Paralelamente la física experimental intentaba encontrar las pruebas que demostraban la corrección del modelo estándar.
   Hoy el modelo estándar está sólidamente establecido como correcto. Según dicho modelo existen 12 partículas de materia o fermiones (seis quarks, el electrón, el muón, el tau y sus neutrinos correspondientes)que se asocian para formar partículas mayores (como los  piones oneutrones)  , 12 partículas responsables de las fuerzas descritas o bosones ( entre ellas el fotón o partícula de la luz) y el bosón de Higgs, responsable de la existencia de la masa en los fermiones.
   La confirmación definitiva del modelo estándar ha llegado en 2012, al hallarse el bosón de Higgs (muy difícil de detectar por su gran masa) en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un túnel de 27 kilómetros de longitud en el que se aceleran partículas y se hacen chocar violentamente con los núcleos atómicos, generando condiciones de energía similares a lo que ocurrió pocos instantes después del big bang.
   ¿Habrá partículas aun mas pequeñas?. Dado lo pequeñas de las longitudes asociada a los quarks, parece difícil que pueda haber algo mas pequeño, sobre todo porque empezamos a acercarnos a una longitud a la que la densidad de energía asociada es parecida a la que hubo en el big bang: es la llamada escala de Planck, 10-34 m.

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