Ciencia y tecnología. ¿Es virtual toda la realidad?

Por: Valram.
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Confirmado: La materia no es más que fluctuaciones del vacío

La materia está construida sobre cimientos fluctuantes, oscilantes. Los físicos han confirmado que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vacío cuántico.

Cada protón está hecho de tres quarks, pero las masas individuales de estos quarks sólo suman alrededor del 1% de la masa total del protón (Ilustración: Forschungszentrum Julich/Seitenplan/NASA/ESA/AURA-Caltech)

Crédito imagen: Wikipedia (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Quark_structure_proton.svg)

Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interior de los protones y los neutrones. Estas partículas, que son vacío en casi su totalidad (alrededor del 99%), proporcionan casi toda la masa de la materia ordinaria.
Cada protón (o neutrón) está hecho de tres quarks - pero las masas individuales de estos quarks sólo suman alrededor de 1% de la masa del protón. ¿Cómo se explica esto?

La teoría dice que esta es creada por la fuerza que une a los quarks, llamada fuerza nuclear fuerte. En términos cuánticos, la fuerza nuclear fuerte se forma por un campo de partículas virtuales llamadas gluones, que aparecen y desaparecen al azar. La energía de estas fluctuaciones del vacío está incluida en la masa total del protón y el neutrón.
Sin embargo, ha tomado décadas de trabajo para encontrar los números reales. La fuerza nuclear fuerte es descrita por ecuaciones de la cromodinámica cuántica, o QCD, que son demasiado difíciles de resolver en la mayoría de los casos.
Así que los físicos han desarrollado un método llamado enrejado QCD, que modela el espacio tiempo como un arreglo de red de puntos separados. Este enfoque pixelado permite que las complejidades de la fuerza nuclear fuerte puedan ser simuladas de manera aproximada por una computadora.

Cálculo Gnarly

Hasta hace poco, los cálculos del enrejado QCD se concentró en los gluones virtuales, e ignoró otro componente importante del vacío: los pares de quarks virtuales y antiquarks.

Pares quark–antiquark pueden emerger y transformar momentáneamente un protón en una partícula diferente y más exótica. De hecho, el protón, en realidad, es la suma de todas estas posibilidades existiendo al mismo tiempo.
Los quarks virtuales hacen los cálculos mucho más complejos, con la participación de una matriz de más de 10,000 billones de números, dice el miembro del equipo Stephan Dürr de la John von Neumann, Instituto de Computación en Jülich, Alemania.

"No hay una computadora en la Tierra que pueda almacenar esta gran matriz en la memoria", dijo Durr New Scientist, "por lo que deben usarse algunos trucos para su evaluación."

La hora de la verdad

Varios grupos han estado trabajando en formas de manejar estos problemas técnicos, y, hace cinco años, un equipo dirigido por Christine Davies de la Universidad de Glasgow, Reino Unido, logró calcular la masa de una partícula exótica llamada mesón B_c.

Esa partícula sólo contiene dos quarks, por lo que es más fácil de simular que el protón de tres quarks. Para hacer frente a los protones y los neutrones, el equipo de Dürr han utilizado meses en la red informática en paralelo en Jülich, que puede manejar 200 teraflops ó 200 billones de cálculos aritméticos por segundo.

Aun así, tuvieron que adaptar su código para utilizar la red de manera eficiente. "Pasamos un gran esfuerzo para asegurarnos que nuestro código haría un uso óptimo de la máquina", dice Dürr.

Sin los quarks, las simulaciones anteriores calculan mal la masa del protón, obtienen un 10%. Con ellos, Dürr obtiene una cifra del 2% del valor medido por los experimentos.

El campo de Higgs

Aunque los físicos esperan que, eventualmente, los experimentos coincidan con la teoría, lo que sería un logro importante. "Lo bueno es que se observa que pueden lograrse los experimentos", dice Davies. "Ahora sabemos que el enrejado QCD funciona, queremos hacer cálculos exactos de las propiedades de las partículas, no sólo en masa."

Esto permitirá a los físicos que hacen pruebas con la QCD, buscar efectos más allá de la física conocida. Por ahora, el cálculo de Dürr demuestra que la QCD describe, con precisión, partículas basadas en quarks, y nos dice que la mayor parte de nuestra masa viene de la efervescencia de quarks y gluones virtuales en el vacío cuántico.

Se piensa también que el campo de Higgs puede hacer una pequeña contribución, dando masa a los quarks individuales, así como a los electrones y otras partículas. El campo de Higgs también crea masa del vacío cuántico, en forma virtual, de los bosones de Higgs. Así que si el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) confirma que el bosón de Higgs existe, significa que toda la realidad es virtual.

Fuente: It's confirmed: Matter is merely vacuum fluctuations por Stephen Battersby

Salud
Valram

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Ciencia y Tecnología. ¿Qué son las partículas elementales?

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En la antigüedad


En la antigüedad, uno de los más conocidos pensadores (ahora se llaman investigadores científicos y cuentan con una gran cantidad de recursos tecnológicos), Demócrito (460-370 aC), él, solo y su alma, imaginó algo así: Si corto una manzana a la mitad, y a su vez corto una de esas mitades, también a la mitad, y así sucesivamente, tendré un pedazo, cada vez más chico, la mitad del tamaño del anterior, de tal manera que llegará el momento de tener un tamaño tan pequeño de manzana, que ya será imposible de partirlo en dos. Ese último pedazo de manzana, como no puede dividirse, se llamará átomo “…(del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible”: http://es.wikipedia.org/wiki/Átomo) y representará el elemento más pequeño de la naturaleza.

Lo que se sabe en la actualidad

A mí me enseñaron en la escuela que las partículas elementales eran los átomos, formados por un núcleo compuesto de protones con carga eléctrica positiva y (a veces) neutrones, sin carga eléctrica, y acompañados por los electrones, con carga negativa, que giraban a su alrededor a una velocidad pasmosa.

Bueno, a estas alturas del partido, tenemos que se han descubierto una gran variedad de partículas y subpartículas, de las cuales haré un breve, que digo breve, brevísimo, sumario:

Leptones
Del griego leptós (delgado, pequeño), cuyos principales ejemplares son el electrón, de carga eléctrica negativa y alrededor de 2500 veces más pequeño que el protón; los rayos cósmicos, partículas eléctricamente negativas y mucha energía provenientes del espacio exterior, unas 200 veces más pesado que el electrón, por lo que también se le llamó electrón pesado y posteriormente denominado muón; el tau de carga eléctrica negativa, de unas 3600 veces más pesado que el electrón y de una vida media muy pequeña, alrededor de 3x10−13 (0.0000000000003) segundos; y los neutrinos, partículas neutras cuya masa, aún no determinada con exactitud, se supone de unas 200,000 veces más pequeño que el electrón, es tan pequeño, que atraviesa la materia ordinaria, incluyendo seres humanos, prácticamente, sin tocarla.

Mesones
Del griego mesos (intermedio, mediano), también llamados piones, son partículas compuestas, responsables de la interacción nuclear fuerte, los más conocidos son los mesones-K o kaones. Se suponen de una masa intermedia entre los electrones y los protones, aunque se han encontrado mesones mayores.

Bariones
Del griego bary (pesado), los principales son el protón y el neutrón.

Nucleones
Son bariones en el núcleo del átomo, como los protones y neutrones.

Hadrones
Del griego hadrón (fuerte, grande) formado por el conjunto de los mesones y bariones. Se suponen compuestos de otras partículas como los quarks, pegadas con gluones (de glue, pegamento en inglés) y participan en las interacciones de la fuerza nuclear fuerte. Todas las partículas conocidas son hadrones, a excepción de los bosones (que transportan energía) como los fotones y los leptones (electrones, muones, neutrinos).

Fermiones
Deben su nombre a Enrico Fermi, se caracterizan por ocupar un mismo estado cuántico. Los principales ejemplares son todas las partículas relacionadas anteriormente.

Bosones
Nombradas así en homenaje a Satyendra Nath Bose, partículas que transportan energía, como los fotones (la luz), la fuerza nuclear fuerte, la débil, la gravitación.

Se han detectado decenas de partículas subatómicas con nombres y comportamientos extraños, algunas demostradas experimentalmente y otras hipotéticas y, en su gran mayoría (por no decir todas), tienen su antipartícula, como el antiprotón, antielectrón o positrón, etc.

Por lo pronto, más vale que lo deje hasta aquí, para que se nos vaya a “estrambolicar” mucho el entendimiento, es decir, que no se nos hagan un “masacote” las neuronas.

Lectura recomendada: Tabla de partículas (http://es.wikipedia.org/wiki/Lista_de_partículas), Hadrón es un Barión (http://www.milenio.com/node/79258)

Salud
Valram

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