Según la física cuántica, todo lo que existe está formado por partículas. Materia, luz, cosas visibles e invisibles. Todas estas son partículas y controlan el funcionamiento de todo el universo. Algunos de ellos son comunes y bien conocidos por la mayoría de nosotros, como los electrones. Otros son un poco más inusuales, como los quarks. Pero la idea básica de cualquier partícula es que es una cosa elemental hecha de nada más. Puedes descomponer un átomo en protones, neutrones y electrones. Pero no se puede dividir una partícula en nada más. Con eso en mente, echemos un vistazo a algunos de los descubrimientos más sorprendentes que la ciencia ha descubierto, o al menos cree haber descubierto.
10. Partícula de Dios
Cuando los científicos llaman a algo partícula de Dios, en realidad lo están llamando algo más que algo más. Para ser justos, el nombre correcto de la partícula es bosón de Higgs, pero al físico Leon Lederman se le ocurrió un apodo más colorido porque lograr que los medios de comunicación se preocupen por las partículas no es tan fácil.
La existencia del bosón de Higgs se confirmó en 2013. Sin embargo, ya se teorizó en la década de 1960, por lo que su búsqueda se ha prolongado. Stephen Hawking una vez apostó 100 dólares a que nunca sería descubierto y quemado. También dejó constancia de que el bosón de Higgs algún día destruirá el universo, así que anótenlo en sus calendarios.
Con toda esta acumulación, hay que imaginar que el bosón de Higgs es bastante sorprendente, y la verdad es que sí, el bosón de Higgs es maravilloso. Sin embargo, lleva un poco de tiempo comprenderlo, así que intentémoslo.
Un bosón es una partícula fundamental. Los bosones son responsables de todas las fuerzas fundamentales del Universo, cosas como el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y fuerte.
El campo de Higgs es un campo de energía que da masa a otras partículas como los electrones. En pocas palabras, los bosones de Higgs son en parte responsables de crear la masa de partículas en el Universo. El bosón en sí tiene una gran masa, pero su vida es corta, por lo que es difícil encontrarlo en la naturaleza. Pero su existencia confirma mucho de lo que sabemos sobre el modelo estándar de física y ayuda a explicar por qué existe cualquier partícula. También podría ayudar a explicar la materia oscura e identificar aún más partículas que no conocemos o entendemos.
Es curioso, Lederman técnicamente no lo llamó partícula de Dios. La llamó la maldita partícula porque estaba decepcionado por lo difícil que era detectarla. Su editor cambió el nombre.
9. tetraquark
Los quarks se entienden más fácilmente como los fragmentos más pequeños de materia. Un trozo de hierro está formado por átomos de hierro. Estos átomos están formados por cosas como electrones y protones. Pero incluso si los desarmaras, aún te quedarían quarks. Tienen masa y espín, y vienen en seis tipos, curiosamente llamados "sabores". Estos aromas se agrupan en pares llamados arriba y abajo, arriba y abajo, encantadores y extraños. Extraño, ¿verdad? Bueno, esto se vuelve más extraño.
En 2021, los científicos descubrieron el tetraquark, un hadrón exótico formado por dos quarks y dos antiquarks. Antes de su descubrimiento, esto se consideraba imposible. La idea de que las partículas pudieran unirse alguna vez entre sí no se consideró una opción, pero los datos del Gran Colisionador de Hadrones demostraron lo contrario.
El descubrimiento del tetraquark brindará a los investigadores varias herramientas nuevas para comprender mejor la fuerza fuerte que une a los quarks para formar neutrones y protones.
8. neutrino
Si has visto algo de ciencia ficción en las últimas décadas, habrás escuchado la palabra "neutrino" mencionada más de una vez. Es popular, e incluso si la mayoría de nosotros no comprendemos la ciencia, todavía suena interesante.
En la vida real, los neutrinos tienen una existencia mucho más intensa de lo que la mayoría de nosotros podemos imaginar. Se trata de partículas subatómicas nacidas de cataclismos galácticos, como estrellas en explosión. Se mueven casi a la velocidad de la luz y buena suerte para detener a uno de ellos, porque pueden atravesar lo que parece ser plomo con la misma facilidad con la que se atraviesa una puerta abierta.
La masa de los neutrinos es sorprendentemente pequeña. Los números utilizados para describirlo no significan nada si aún no tienes una base sólida en física. Sin embargo, son unas 500.000 veces más pequeños que un electrón. Pero, a diferencia del electrón, tampoco tienen carga eléctrica. Así, sin masa y sin carga, los neutrinos casi no existen. Pero también están en todas partes. El sol te bombardea con alrededor de mil millones de ellos cada segundo.
El hecho de que los neutrinos tengan algo de masa, aunque pueda ser microscópica, puede explicar toda la masa del universo y por qué tenemos materia y no antimateria a nuestro alrededor.
7. muones
Al igual que los quarks, los muones son una de las partículas fundamentales de la existencia. Son similares a los electrones, pero son más grandes y pesan 207 veces más. Tienen una vida muy corta y se desintegran en electrones y neutrinos a los 2,2 microsegundos de su formación. Se crean cuando los rayos cósmicos chocan con partículas de nuestra atmósfera, y en esos 2,2 microsegundos logran bombardear la tierra y penetrar alrededor de un kilómetro bajo la superficie gracias a que viajan casi a la velocidad de la luz.
La investigación en el Gran Colisionador de Hadrones ha demostrado que los muones no siempre hacen lo que la ciencia dice que deberían hacer. En términos simples, se balancean. Pero no deberían hacerlo. Y el hecho de que estén oscilando indica que puede haber otra partícula allí en la que nadie pensó y que afecta la forma en que funcionan.
6. quarks
Ya mencionamos el tetraquark, por lo que tiene sentido dividirlo en un quark simple. Si separas cosas como protones y neutrones, obtienes quarks y gluones. Hay seis tipos de quarks y siempre existen en pares. De hecho, los científicos ya intentaron separar un quark de su otra mitad, pero simplemente no funcionó. O están conectados o no lo están en absoluto.
La forma en que interactúan los quarks y los gluones es la fuente de masa en los átomos. Básicamente esto significa que toda masa de materia, tal como la entendemos, proviene de quarks y gluones. A diferencia de la mayoría de las partículas, que se describen con carga positiva, negativa o neutra, los quarks van más allá. También se les atribuye una carga de color, lo que se conoce como cromodinámica cuántica. Esto aplica los colores teóricos rojo, azul o verde (en realidad no son estos colores) para describir sus propiedades cuánticas únicas.
5. Gravitones
La ciencia reconoce cuatro fuerzas fundamentales que actúan en el universo. Fuerzas nucleares débiles y fuertes, electromagnetismo y gravedad. En la mayoría de los casos nos enfrentamos más o menos a los tres primeros. La gravedad, sin embargo, es un comodín.
Entendemos cómo interactúan los fotones con el electromagnetismo, cómo interactúan los quarks y los gluones con la fuerza nuclear fuerte y cómo interactúan los bosones con la fuerza nuclear débil. Lo que no sabemos es qué transmite la gravedad. Aquí es donde entran los gravitones, las partículas teóricas que permiten que la gravedad sea una fuerza sobre las cosas en el mundo real. El problema con los gravitones es que en realidad no sabemos si existen. Todavía son teóricos. La ciencia no puede explicar la gravedad.
Sorprendentemente, aunque no sabemos con seguridad acerca de la existencia de los gravitones, sí sabemos mucho sobre ellos. Sabemos que su masa es cero o cercana a ella y que se mueven a la velocidad de la luz. Entonces, ¿por qué no podemos encontrarlos?
La gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas, lo que dificulta su seguimiento. Se calculó que un detector gravitacional de la masa de Júpiter colocado cerca de un objeto supermasivo como una estrella de neutrones todavía tendría problemas para detectar algo.
4. Taquiones
Gracias Star Trek para popularizar los taquiones, al menos en algunos círculos. Estas partículas teóricas probablemente serían oscuras y desconocidas si la ciencia ficción no se hubiera aferrado a ellas debido a su naturaleza francamente extraña. Sólo recuerde que técnicamente no existen, pero algunos físicos creen que sí.
El mayor reclamo de fama de Tachyon es su velocidad. Viajan más rápido que la luz. Esta es en sí misma la razón por la que muchos creen que un taquión no puede existir porque nada viaja más rápido que la luz. Pero la física teórica está dispuesta a ceder ante cualquier cosa si hay pruebas, así que ¿por qué no?
Si un taquión se mueve más rápido que la luz, según lo que sabemos sobre el tiempo, el taquión puede retroceder en el tiempo. Generalmente aceptamos que nada puede viajar más rápido que la luz porque su masa aumentará, al igual que la energía necesaria para moverla. A la velocidad de la luz estarías prácticamente atrapado. Pero los taquiones se aceleran a medida que pierden energía, lo que significa que pueden superar esta barrera. De esto también surgen todas esas paradojas temporales que conocemos por las películas. Y ésta es una buena razón por la que es posible que no existan en absoluto.
Por supuesto, si existen pero se mueven más rápido que la velocidad de la luz, no es sorprendente que todavía tengamos que detectarlos y, de hecho, es posible que nunca los detectemos por esta misma razón.
3. Materia oscura
Probablemente hayas escuchado el término "materia oscura" antes, pero si no estás seguro de lo que significa, bienvenido al club. La ciencia también tiene dificultades con esto, pero responde a muchas preguntas sobre cómo funciona el universo, por lo que en este momento es una especie de marcador de posición para explicar muchos fenómenos cósmicos.
La forma en que se mueven las galaxias según nuestras observaciones no tiene sentido. Las galaxias se mueven como si fueran mucho más masivas de lo que parecen. Debe haber una fuente secreta de masa que mantenga unida a cualquier galaxia, y esa fuente es la materia oscura.
La materia oscura no refleja, absorbe ni emite electromagnetismo, de ahí su nombre. Es esencialmente invisible, por lo que es sólo teórico. Pero lo que hace es emitir gravedad y eso mantiene unido al universo. Y eso es mucho. De hecho, alrededor de 80% de toda la masa del Universo.
2. Partículas
Sparticle es una gran palabra que recuerda a Espartaco y partículas, pero sólo la mitad de la palabra es correcta. La parte "s" en realidad significa "supersimétrica". Por ejemplo, las partículas son partículas supersimétricas y su existencia puede revelar los secretos de la física, como un coco.
Por muy útil que sea el modelo estándar de física de partículas, como hemos visto, tiene muchas lagunas. ¿Qué es la materia oscura? ¿Cómo funciona la gravedad? ¿Qué hace oscilar a los muones? Hay preguntas sobre de dónde viene la masa y todo eso. Hay suficientes preguntas que pueden cuestionar el valor del modelo estándar o la necesidad de desarrollar un modelo completamente nuevo. A menos, por supuesto, que puedas meter cerillas en alguna parte.
Muchos de los problemas que encontramos en la física de partículas pueden explicarse utilizando la teoría de la supersimetría. Según esto, cada partícula debe tener una pareja supersimétrica. En teoría, estas partículas asociadas podrían llenar todo tipo de lagunas en nuestra comprensión del Universo. Incluso construyeron el Gran Colisionador de Hadrones sólo para encontrar estas cosas. Y no funcionó. Esto no significa necesariamente que la teoría sea incorrecta, simplemente significa que la física es compleja y comprender los conceptos básicos de la realidad lleva algún tiempo.
1. Fotones
Ah, el humilde fotón. Todo el mundo conoce los fotones. Los fotones forman la luz tal como la entendemos, pequeñas partículas de energía electromagnética que permiten que la luz funcione como partícula y como onda. Por supuesto, los fotones son algo más que la luz de la pantalla de tu teléfono que llega a tus ojos para que puedas verlo. También son Wi-Fi, lo que te da acceso a Internet, sin mencionar las ondas de radio, microondas, rayos X, rayos gamma y más.
Todo lo que vemos sucede porque existen fotones que nos permiten verlo. Esto significa que cuando miramos el Universo y vemos una estrella que explotó hace mil millones de años, esos fotones han viajado tanto tiempo para llegar aquí, lo que los convierte en los verdaderos caballos de batalla del mundo de las partículas.
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