En un post anterior, presentamos una guía del mundo subatómico, explorando todas las partículas elementales y compuestas conocidas. Ahora nos embarcamos en un territorio poco conocido y explorado, un mundo salvaje, donde la mente reflexiona sobre las partículas más extrañas por descubrir. Antes de empezar quiero decir que esta modesta guía va a salir publicada en números, ya que es aún más larga que la primera parte ya publicada, a tener paciencia compañero, los fotinos se verán al final del camino.
Empezando por el principio
Hay tres tipos básicos de partículas hipotéticas. En el primer grupo, encontramos las partículas que la mayoría de los físicos creen que existen, y que simplemente no tienen la tecnología lo suficientemente avanzada para detectarla. En el segundo grupo, que son las partículas que una minoría de científicos creen que están ahí fuera; partículas que alguna vez fueron más ampliamente aceptadas, pero ahora han caído en desgracia. Y en el tercer grupo está compuesto por partículas que los científicos no han descubierto todavía, pero en realidad están ahí al acecho, esperando a ser descubiertas. No debería haber partículas en ese tercer grupo, pero no es mala idea dejar al menos un poco de espacio para lo inesperado.
De todos modos, nos centraremos únicamente en los dos primeros grupos. En general, todas las partículas de las que vamos a hablar fundamentalmente van a mejorar y tal vez modificar nuestra comprensión del universo si algún día se descubren. Estas partículas podrían confirmar o refutar la teoría actuales, sentar las bases para una teoría de la unificación, y tal vez hasta poner en el reino de lo posible en lo imposible. Sin tanto rodeo, trataremos de entender primero lo que podría ser, antes de especular sobre lo que podrían hacer estas partículas.
Las dos Santos Griales: el bosón de Higgs y el gravitón
Hemos mencionado tanto el bosón de Higgs y el gravitón en el post anterior, ahora podemos hablar más de ellos. Ambas serían partículas elementales, como los fotones, gluones y los bosones W y Z. En otras palabras, serían mediadores de las propiedades fundamentales del universo. El bosón de Higgs, que da la propiedad de la masa a la materia y el gravitón, que tiene propiedad trasmitir la fuerza gravitacional.
Simulación del detector CMS del Gran Colisionador de Hadrones, mostrando cómo se prevé que sean las trazas del Bosón de Higgs. Fuente: wikipedia
El bosón de Higgs es la única partícula elemental predicha por el modelo estándar que queda por descubrir. Ahora, si no lo encontramos, en realidad no invalida el modelo estándar, que ya se ha demostrado a lo largo de varias décadas ser un excelente modelo de como funciona el universo en la mayoría de los casos, y si no encontramos el bosón de Higgs no va a cambiar ese hecho.
El descubrimiento del bosón de Higgs explicaría la existencia de masa en el universo, que es uno de los muchos misterios latentes desde hace tiempo que los físicos están tratando de resolver. Pero es cuestionable utilizar el bosón de Higgs como la solución de los grandes problemas de física, como la búsqueda de una teoría de la gran unificación. En el mejor de los casos, aprenderemos más sobre cómo interactúa con otras partículas, podría ayudar a descartar un par de modelos, pero eso es probablemente lo más que podemos esperar, e incluso esto es ser demasiado optimista.
Eso es parte de la razón por la que la comunidad científica ha desalentado a los medios en llamar al bosón de Higgs como la “partícula de dios“, y prefieren el apodo relativamente moderado “la partícula de botella de champán.” Encontrarla será un motivo de celebración, pero los físicos todavía tienen varios misterios por resolver.
El gravitón, por el contrario, podría tener consecuencias mucho más grandes. La existencia de un bosón de gauge que se relacione con la gravedad sería demostrar que la gravedad es, de hecho, una fuerza cuántica, una fuerza fundamental de la misma manera que las fuerzas fuerte, débil y electromagnética. Esto no encajar en el modelo estándar que existe actualmente y sugiere que tenemos que añadir algún tipo de teoría cuántica de la gravedad para resolver la discrepancia.
Ejemplo de la interacción de la fuerza de gravedad.
Por supuesto, la gravedad cuántica no está muy de acuerdo con uno de los grandes modelos de la física moderna: la teoría general de la relatividad del genial Einstein. De acuerdo con Einstein, la gravedad no es una fuerza fundamental, ya que es algo creado por la curvatura del espacio-tiempo. Que contradice la existencia de un gravitón.
Pero ese no es el único punto donde la relatividad general y la mecánica cuántica son incompatibles. Este tema es muy delicado y complejo para estas pocas líneas, pero en esencia la relatividad general explica el comportamiento de objetos que son muy masivos, mientras que la mecánica cuántica explica el comportamiento de los objetos que son muy pequeños. En cuando tratemos regiones del espacio que son muy grandes y muy pequeños a la vez, como los epicentros de los agujeros negro o los inicios del universo, tenemos graves problemas, porque la mecánica cuántica y la relatividad general son fundamentalmente incompatibles.
Hay una serie de teorías que tratan de conciliar esta discrepancia -la teoría de cuerdas es probablemente la más famosa de ellas- la gravedad cuántica formas parte de muchas de estas teorías. Es cierto, un gravitón no cabe dentro de los límites de la relatividad general, pero tal vez no tiene por qué ser así. Ellas sólo pueden coexistir, y con el gravitón explicar ciertas situaciones y la relatividad general, explica las demás.
Un ejemplo similar de esto es la luz. En ciertas situaciones, nos ocupamos de las partículas o sea de fotones individuales, mientras que en otros nos ocupamos de las ondas, que son fundamentalmente diferentes cosas que de alguna manera abarca el mismo fenómeno. La diferencia entre el gravitón y el espacio curvo de la relatividad general es una brecha mucho más grande, pero encontrar el gravitón podría ayudar a empezar a tejer estas dos ideas opuestas entre sí.
Con esto concluimos esta primer numero de esta modesta guía, en el #2 veremos partículas súper-simétricas, como los fotinos, Zinos, etc. Será hasta próximo numero entonces.