La física moderna

Colaboración de  Santos Tudela

Boson de HiggsEn el siglo XXI toda teoría física que se precie debe contener en su formulación las dos teorías más importantes de la física moderna; la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Ambas describen con una precisión inimaginable el comportamiento de la naturaleza; la primera lo hace en su escala más grande, el universo, y la segunda en su escala más pequeña, las partículas.

Ambas son Modelos Matemáticos que dotan de estructura comprensible a los fenómenos naturales, las famosas ecuaciones.

Desde hace décadas los físicos están buscando una teoría que las unifique, es decir; una única teoría que describa la materia y las interacciones que se dan en ella, independientemente de su escala. Existen cuatro tipos de interacciones o fuerzas que sin entrar en detalles citaremos: Una, la gravitatoria, que es la responsable de que el universo que conocemos sea como es. Y tres que se encargan de hacer que los átomos constituyentes de la materia sean como son; la electromagnética, que mantiene a los electrones en sus órbitas, y la nuclear débil y la nuclear fuerte que se encargan de dar estabilidad a los núcleos atómicos. Pues bien, esa teoría unificada debería describir estos cuatro tipos de fuerzas, hasta la fecha, no se ha conseguido.

Un primer acercamiento es el denominado “Modelo Estándar”, que ha conseguido unificar en su formulación tres de las cuatro fuerzas existentes, y como se pueden imaginar, es la fuerza de la Gravedad la que aún se resiste.

EL Modelo está basado en lo que se denominan “campos cuánticos-relativistas” y para entender su concepto hagamos el símil con una habitación y la temperatura a la que está. Evidentemente, si dividimos la habitación en pequeños dados y medimos la temperatura en cada uno de ellos, el valor seguramente será distinto, aunque la sensación que nosotros tenemos es que la temperatura es homogénea en toda la habitación. Pues bien, ese conjunto de dados y su valor de temperatura constituye el “campo de temperaturas” y su valor medio sería la temperatura que nosotros percibimos. Podemos tener un campo para cada una de las variables que queramos describir o medir. Así el Modelo Estándar asigna a cada punto del espacio (deberíamos hablar de espacio-tiempo, por aquello de tener en cuenta la teoría de la relatividad) una serie de campos que caracterizan su estado. En cada uno de esos campos se pueden producir perturbaciones de su energía (deberíamos hablar de alteraciones cuánticas, por aquello de tener en cuenta la mecánica cuántica), y esas perturbaciones es lo que nosotros percibimos como partículas, y el efecto de su cambio de estado inicial al final es lo que percibimos como interacción o fuerza.

En el caso del campo electromagnético, la partícula es el fotón y la interacción es la electromagnética.

En el caso del campo nuclear fuerte, la partícula es el gluón y la fuerza es la nuclear fuerte.

En el caso del campo nuclear débil, también denominado electro-débil, la partícula es el bosón y la fuerza es la nuclear débil.

¿Les suena de algo eso de bosón?

Cada campo interacciona con los demás, y lo hace de una forma diferente con cada uno de ellos, de tal forma que las perturbaciones del campo de fotones tienen consecuencias en el campo de bosones y gluones y viceversa. La intensidad de la relación es lo que se diferencia y es el mecanismo que introduce el Modelo Estandar para dotar de masa a las partículas y, por tanto, para una descripción coherente con la realidad.

Se introduce un campo, denominado de Higgs, con unas características de energía determinadas, y una perturbación en la energía de este campo produce la partícula denominada “bosón de Higgs”. Cada uno de los campos descritos anteriormente interaccionan con este nuevo campo, de tal manera que cualquier perturbación en uno de ellos, además de producir su partícula correspondiente, produce la consiguiente variación en el nivel de energía del campo de Higgs, produciendo los correspondientes bosones de Higgs.

La intensidad de la interacción entre ambas partículas es lo que dota de masa a la primera y es el mecanismo que tiene la naturaleza para ser como es.

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