A vuelapluma: La masa

Peluche del bosón de Higgs. Créditos: The Particle Zoo

Ahora que está de moda el LHC, que recordad iba a destruir el mundo, y el bosón de Higgs, sale a la palestra el tema de la masa. Esa propiedad de la materia que todos damos por hecho, pero que, ¡oh sorpresa!, es un "enigma" para los científicos (concretamente para los físicos). Y la gente se preguntará extrañada ¿por qué es un enigma? La masa es... la masa. ¿O no? En realidad, ¿qué es la masa de un objeto? 

La masa es, básicamente, la cualidad de la materia de oponerse al cambio de su movimiento. Pero en las ecuaciones del Modelo Estándar la masa no surge de manera espontánea, sino que hay que meterla con calzador. Es decir, teníamos unas ecuaciones (un lagrangiano para los puristas) que nos describía qué partículas existían (las que conocíamos por los experimentos) y, además, detallaba cómo interaccionaban de manera correcta (de nuevo, comprobado por los experimentos). Sin embargo, existía un problema: la masa no aparecía en las ecuaciones. Y esto sí es grave, porque uno puede tener el modelo más bonito y precioso del mundo que si los resultados no concuerdan con las observaciones y experimentos, ya lo puedes tirar a la basura.


Así andaban las cosas. Tras muchos teoremas, trabajos y papers publicados y después del trabajo de muchos físicos, se realizó una modificación del Modelo Estándar (no se podía introducir un término de masa si no se rompe la simetría gauge electrodébil) que llevó a unas nuevas ecuaciones casi idénticas a las anteriores, salvo que contenían unos términos que se podían asimilar a la masa de las partículas. Pero como regalo a todo esto, aparecía también un término que no estaba antes y que tenía la forma (matemáticamente hablando) de una partícula de tipo bosón que intervenía en todos los términos nuevos que representaban la masa. Este es el llamado bosón de Higgs que tanto revuelo ha provocado. Como nota para entender lo que pretendo explicar en el párrafo siguiente, tengo que decir que en la física de partículas siempre que se habla de una partícula, se asume que hay un campo asociado a ella: como ejemplo más conocido el fotón, que tiene el campo electromagnético asociado a él.

¿Querías partículas? Pues toma dos tazas... Créditos: Revista Ciencia

El caso es que este bosón interaccionaría con todas las partículas y las dotaría de masa. Si recordamos la definición de masa del principio, es la propiedad de la materia de oponerse al cambio de movimiento. Intentando encajar esto con el Higgs, de forma visual y poco rigurosa sería como si el Higgs fuese un líquido viscoso (pensad en la miel) que inundase todo el espacio. Las partículas en su interior tendrían dificultad de cambiar de movimiento debido a su viscosidad y eso se correspondería con su masa. Cada partícula, dependiendo de la dificultad que tuviese para cambiar su estado de movimiento, tendría asociado un número que se correspondería con su masa.


NOTA A LECTORES NO-TÉCNICOS
Espero que esta pequeña entrada os provoque el interés por estos temas tanto como me pasa a mí. Os invito a bucear por los enlaces que he introducido para ir sabiendo más, aunque sea de una forma superficial. Lo cierto es que, a pesar de haber estudiado estas cosas en la carrera, aún se me escapa el tiempo entre los dedos cuando empiezo a saltar de página en página de la Wikipedia, leyendo todo lo que esté relacionado con estos temas. Los enlaces no son muy técnicos (ya digo, Wikipedia y otra fantástica página que he encontrado sobre estos temas que es Acercándonos al LHC), así que se pueden seguir sin tener grandes conocimientos en la mayoría de los casos.


NOTA A FÍSICOS
Esta entrada está escrita a "vuelapluma", ya que es un tema muy complicado que no domino en profundidad aún (estoy en ello). Por ello sé que aquellos que han estudiado electrodinámica cuántica y/o el modelo estándar, estarán horrorizados y con las manos en la cabeza. Sin embargo, creo que puede ser útil para gente que no sepa de estos temas, explicarlo de esta forma tan "horriblemente sencilla" y conseguir algo de interés por temas tan apasionantes. Es por esto que me he lanzado a la piscina de esta manera tan temeraria y por lo que pido "cuartel" de parte de aquellos que saben en profundidad y estudian estos temas.

Nota sobre la charla LHC: EN LAS FRONTERAS DE LA FÍSICA

Créditos: NASA

Como ya comenté por Twitter, este sábado había una charla en la Fundación BBVA sobre el LHC y los neutrinos. La charla sobre los neutrinos corrió a cargo del profesor Sheldon L. Glashow, uno de los 3 físicos que desarrollaron la teoría electrodébil, una de estas cosas frikis de la física de partículas. La segunda fue a cargo del profesor Albert de Roeck, jefe de análisis de datos del detector CMS del LHC.

Siendo los conferenciantes de esta categoría, tenía muchas expectativas puestas en el contenido de la charla. Sinceramente, pensaba que iba a estar bastante perdido en las charlas, a la que vez que aprendería algo. Por desgracia, no fue así. No porque fueran malas las charlas, sino porque eran muy divulgativas y no planteaban nada especialmente nuevo. Estoy seguro que la gente que no sabía de física salió satisfecha de allí habiendo aprendido algo sobre los neutrinos y sobre el LHC.

Aún así, hubo ciertas cosas interesantes, como el comentario del profesor Glashow acerca de los experimentos de OPERA:

Es imposible que sea verdad, a menos que abandonemos demasiadas cosas. Si es verdad, diré: Madre Naturaleza, me retiro y me voy a mi casa.

Sin embargo, me hubiese gustado que hubiese explicado porqué no cree que los experimentos sean correctos, qué es lo que hay que abandonar si lo fuesen y qué cree que falla en las mediciones actuales. Al fin y al cabo, la ciencia rechaza los argumentos de autoridad, así que hay que explicar los motivos de toda argumentación. Con esto no quiero decir que Glashow no tenga serios motivos para pensar así, sino que al ser una charla tan divulgativa, no se quiso meter en fregaos. Además creo que no hubiese podido comprender en profundidad sus argumentaciones, ya que la matemática de ese tipo de física no es una con la que esté demasiado familiarizado. Sin embargo, me hubiese gustado oírlo.

También, en la ronda de preguntas, comentó acerca de los gravitones que:

Los gravitones no se van a observar, aunque creo que existen, porque la gravedad es una fuerza muy débil.

 Puede que la cita no sea literal, pero la idea sí. Esto me resultó curioso, porque pienso que decir algo así es aventurarse demasiado. ¿Quién, en su sano juicio, cuando el primer avión levantó el vuelo unos metros iba a imaginar que llegaríamos a la Luna con cacharros que evolucionaron a partir de ese amasijo de hierros de los hermanos Wright? Tampoco parecía posible llegar a observar los famosos neutrinos cuando se postularon por primera vez, y ahora tenemos detectores que lo consiguen. Quizá también tenga argumentos físicos o matemáticos para hacer esta afirmación, pero tampoco los comentó. Lástima, porque yo estaba deseando.

La charla del profesor de Roeck se basó en hacer una presentación de la máquina en la que trabaja, sin entrar en muchos detalles acerca del detector CMS y cómo funciona. Algo divulgativo y muy interesante para quién no supiese ya lo básico sobre el LHC.


La última cosa que me interesó especialmente fue una de las preguntas al profesor de Roeck. La pregunta exacta no la recuerdo, pero básicamente era que si el campo de Higgs es lo que proporciona masa a las demás partículas mediante su interacción, porqué no había una unidad de masa, al igual que en el campo eléctrico hay una carga eléctrica que es la que da la forma en que esa partícula reacciona al campo. Pudiera parecer algo trivial, porque sabemos que la masa es la masa y no hay unidad de masa mínima como ocurre con la carga eléctrica (obviando que los quarks tienen cargas eléctricas fraccionarias). Sin embargo, me pareció interesante lo que planteaba. Así que después de esta entrada comentando un poco mis impresiones sobre las conferencias, escribiré un post sobre la pregunta en sí. No soy un gran experto en el tema, pero la idea será divagar un poco. ¡A ver cuánto tardo en publicarlo!

Colores de las partículas básicas

Para empezar, el título tiene trampa. Dos veces. Cuando hablo de color no me refiero al grado de libertad en el que se basa la cromodinámica cuántica. Y cuando hablo de "partículas básicas" no me refiero con básicas a "fundamentales", sino a las que puede conocer la mayoría de la gente no especializada, a saber: protón, neutrón, electrón y fotón.


" ¿Entonces de qué está hablando este tipo aquí?" Bueno, pues me estoy refiriendo a un asunto del que me dí cuenta el otro día: cuando estoy en clase, o resolviendo un problema y salen a escena protones, electrones, fotones... resulta que en mi imaginación TIENEN COLOR. Esto es un sinsentido porque, para los no iniciados en la física, el color se compone de fotones reflejados en los objetos, y no es una propiedad "intrínseca" de la materia, en el sentido en el que lo son la masa o la densidad. El color es un efecto, o resultado, de la interacción de la luz en la superfície de un objeto. Por eso, hablando de electrones y protones, no tienen color. De hecho, tras impactar un fotón contra alguna de estas partículas, el resultado puede ser la absorción de ese fotón, con lo cual no se refleja nada.

Pero a mi cerebro se la suda. Concretamente mi "coloración" es la siguiente: el electrón es azúl, igual que la corriente eléctrica (para mí, claro); el protón es rojo, que para mí es completamente opuesto al azúl; el neutrón, partícula sosa por no tener carga, así como marginadillo por sus dos compañeretes cargados, tiene por fuerza que ser gris, pero gris apagado; y por último, el fotón, que como todo el mundo sabe es color amarillo sol en tarde de verano, justo aquí detrás de mi casa.

¿Y de dónde me viene a mi esta afición de colorear las partículas de un átomo y los fotones, cuando el tema del color (clásico) no tiene sentido a escalas atómicas? Pues no estoy seguro, aunque sí tengo unos sospechosos. En primer lugar, nuestro cerebro está acostumbrado a pensar clásicamente, no con las reglas de la mecánica cuántica, así que automáticamente le asocia un color a las particulitas. ¿Y cómo eligió los colores? Pues creo recordar vívidamente, un dibujo de un átomo, según el modelo de Rutherford, en el que la parte positiva tenía un vivo color bermellón, y la parte negativa un color azulón eléctrico. En los siguientes capítulos de ese libro de Física y Química de la ESO aparecían los átomos según el modelo de Borh manteniendo esta nomenclatura de colores, y añadiendo un maravilloso fotón amarillo sol en tarde de verano, justo aquí detrás de mi casa cuando se terciaba, y un apagado neutrón color gris apagado, valga la redundancia.

Preguntando a mis compañeros de facultad, salen colores diversos, y según lo indagado hasta ahora, éstos han sido, generalmente, inoculados en los primeros inicios al estudio de la física por los libros usados en el instituto. Lo que sí es denominador común es la seguridad y firmeza con la que todos recitan los colores de cada partícula, sin dudar que los demás piensan igual que ellos. Una de estas "creencias" que nunca se llega a plantear uno seriamente, sino que las da por hecho.

Los colores más comunes que me he encontrado hasta ahora son:

Electrones: azules y verdes, en igual proporción.
Protones: mayormente rojos, aunque alguien los coloreaba azules.
Neutrones: negros, grises o blancos, son los colores preferidos por el respetable.
Fotones: predominan los amarillo atardecer y los blancos, aunque algún alma inconformista los coloreaba de rojo.

La lección que se puede sacar de esto, es que muchas veces damos por hecho cosas que no tienen ningún sentido (como que una partícula subatómica tenga color macroscópico), y no nos planteamos que la gente puede pensar que son distintas. Tampoco se puede sacar mucho más de esta pequeña anécdota, para que nos vamos a engañar, pero es gracioso ver que gente que está acabando físicas, a la hora de manipular mentalmente conceptos físicos, no pueda evitar pensar clásicamente.

Es inevitable: estamos encerrados en un cerebro acostumbrado al mundo macroscópico, y eso va a ser difícil cambiarlo.

Saludos!