DE LA ANTIMATERIA... A LA PARTICULA DIVINA

Ensayos sobre el Simbolismo Masónico

en las Ciencias Físicas, Matemáticas y Naturales  (10)

DE LA ANTIMATERIA………A LA “PARTÍCULA DIVINA”

Q:. H:. C:. F:. M:. Antonio J. Salvá Pando

F:. C:. R:. L:. S:. Luis Heysen Incháustegui Nº 3

GRAN LOGIA CONSTITUCIONAL DEL PERU

«Bajo y tras del universo de tiempo, espacio y cambio, ha de encontrarse siempre la realidad sustancial, la verdad fundamental.»

                                         El Kybalion.

En el presente Ensayo, mostraré a nuestros QQ:. y RR:. HH:. la evolución del conocimiento científico en lo que los físicos denominan, el mundo de las Partículas Elementales hasta el día de hoy en el siglo XXI, con el descubrimiento experimental de la denominada “Partícula Divina” o más apropiadamente Bosón de Higgs, considerado crucial en la formación del universo (este anuncio se hizo 4 de Julio del 2012, justamente en los momentos en que me encontraba escribiendo el presente Ensayo,). En su desarrollo se mostrará la aplicación de las Leyes Herméticas en este campo de la Física. Como siempre la exposición será amena y sobre todo, con la rigurosidad científica que este tema tan complejo amerita. (P.N.=Premio Nobel)

EL ÁTOMO

Los primeros conceptos del modelo atómico surgieron del filósofo griego Leucipo y de su discípulo Demócrito; estos, definían una unidad fundamental de la composición de la materia A estas partículas les dieron el nombre de átomos (Griego: ἄτομος), palabra que se traduce como “indivisible”. Su razonamiento fue el siguiente:

Si tengo un trozo de materia —el que sea— y comienzo a partirlo en pedazos cada vez más pequeños y vuelvo a partir los pedazos que me queden una y otra vez, llegará el momento en que tenga partículas que ya no se podrán partir más.

John Dalton en 1808 desarrolló su modelo atómico, en la que proponía que cada elemento químico estaba compuesto por átomos iguales y exclusivos, y que aunque eran indivisibles e indestructibles, se podían asociar para formar estructuras más complejas (los compuestos químicos).

Joseph John Thomson, (P.N). descubridor del electrón en 1897, postuló en 1904 su modelo en el cual el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo, como si se tratara de un pudín de pasas. Se pensaba que los electrones se distribuían uniformemente alrededor del átomo. (Aquí aparece el principio de la polaridad, en la carga eléctrica)

Ernest Rutherford en 1911 propuso un modelo que consideró que el átomo formado por dos partes: la "corteza", constituida por todos sus electrones de carga negativa, girando a gran velocidad alrededor de un "núcleo", muy pequeño, que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi el 99,9% de toda la masa del átomo. Por lo tanto el átomo en su mayor parte estaba vacío. (El principio de Polaridad es evidente). Este modelo guarda gran similitud con nuestro sistema solar.

Niels Bohr (P.N.) propuso en 1913 un modelo atómico, basándose en la constante de Planck, para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo, y por qué los átomos presentaban espectros de emisión característicos (dos problemas que eran ignorados en el modelo previo de Rutherford). Además el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas del efecto fotoeléctrico, explicado por Albert Einstein (P.N.) en 1905 (Ensayo 1). El electromagnetismo clásico (Ensayo 7) predecía que una partícula cargada moviéndose de forma circular emitiría energía por lo que los electrones deberían colapsar sobre el núcleo en breves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podían mover en órbitas específicas, cada una de las cuales estaba caracterizada por su nivel energético cuantizado, es decir la cuantización de la energía propuesta por Max Planck (P.N.). (Aquí se aplica el principio de Causa y Efecto, con la finalidad de que el modelo concuerde con la realidad observada experimentalmente).

Erwin Schrödinger (P.N.) en 1926 propuso un modelo atómico, el cual trataba a los electrones como ondas, pero sin considerar efectos relativistas de velocidades cercanas a las de la luz. (Es decir la dualidad onda partícula vista anteriormente en el Ensayo 1), sin embargo el nombre puede llevar a una confusión, ya que no explica la estructura completa del átomo. El modelo de Schrödinger explica sólo la estructura electrónica del átomo y su interacción con la estructura electrónica de otros átomos, pero no explica como es el núcleo atómico ni su estabilidad. En la interpretación posterior dada por Max Born (P.N.), este modelo es probabilístico indicando únicamente dónde es más probable encontrar a los electrones espacialmente, llamados Orbitales. El modelo también predice adecuadamente la modificación de los niveles energéticos, cuando existe un campo magnético o eléctrico (Ensayo 7)

El núcleo atómico es la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentra más del 99,9% de la masa total del átomo, tal como lo estableció Rutherford en su modelo atómico, en concordancia con mediciones experimentales Está formado por protones y neutrones (denominados nucleones) que se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte, la cual hace posible que el núcleo sea estable, a pesar de que los protones se repelen entre sí, como los polos iguales de dos imanes (Ensayo 7). La cantidad de protones en el núcleo determina de qué elemento químico se trata. Los núcleos atómicos con el mismo número de protones, pero distinto número de neutrones, se denominan isótopos; los cuales son fundamentales en la medicina moderna.

LA ANTIMATERIA

Paul Dirac (P.N.) en 1928 presentó una ecuación matemática que lleva su nombre y que da una descripción de las partículas elementales como el electrón, y es completamente consistente con los principios de la Mecánica Cuántica (Ensayo 1) y de la Teoría de la Relatividad Especial. (Ensayo 3). Dirac predijo la existencia de antipartículas además de las partículas de materia ordinarias. Desde entonces, se han ido detectando experimentalmente muchas de dichas antipartículas: Carl D. Anderson (P.N.), descubrió el positrón (electrón con carga positiva) en 1932. Veintitrés años después, en 1955, se descubrieron también el antiprotón y antineutrón.

El contacto entre materia y antimateria ocasiona su aniquilación mutua de acuerdo a la ecuación de Einstein E = mc² tratada en el Ensayo 3. Esto no significa su destrucción, sino una transformación que da lugar a fotones de alta energía (rayos gamma) (Ensayo 7) y otros pares partícula-antipartícula, lo que hace muy difícil aislarla. En 1995, el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) anunció la creación de nueve átomos de antihidrógeno. A comienzos de 2011 el proyecto ALPHA logró crear más de 300 átomos de antihidrógeno y almacenarlos durante 1000 segundos (16 minutos y 40 segundos). En Marzo del 2012 el CERN ha conseguido manipular átomos de antihidrógeno usando microondas. La antimateria es la sustancia más cara del mundo, con un costo estimado de unos 60.000 millones de USD el miligramo

Muchos científicos piensan que la materia que forma actualmente el universo, podría ser el resultado de una ligera asimetría o diferencia entre las proporciones iniciales de la materia y la antimateria durante el Big Bang (Ensayo 6). Se ha calculado que la diferencia inicial entre materia y antimateria debió ser tan insignificante, como de una partícula más de materia por cada diez mil millones de parejas de materia-antimateria.

Las antipartículas encuentran usos prácticos en la Medicina Nuclear como en la Tomografía por Emisión de Positrones la cual es una técnica no invasiva de diagnóstico e investigación ¨in vivo¨ por imagen, capaz de medir la actividad metabólica del cuerpo humano. En un estudio efectuado por el CERN se ha descubierto que los antiprotones son cuatro veces más efectivos que los protones en la destrucción de tejido canceroso. El mayor interés por la antimateria radica en sus aplicaciones como combustible, debido a que la aniquilación de una partícula con una antipartícula genera gran cantidad de energía según la ecuación de Einstein E=mc². La energía generada por kilo  es unas diez mil millones de veces mayor que la generada por reacciones químicas y diez mil veces mayor que la energía nuclear de fisión (Ensayo 3). En la recordada serie Viaje a las Estrellas, la nave espacial Enterprise emplea este combustible. En la película Ángeles y Demonios se pretende destruir El Vaticano con una bomba de antimateria.

Como se puede observar QQ:. HH:. las antipartículas  se ajustan perfectamente al Principio Hermético de la Polaridad. «Todo es dual; todo tiene polos; todo tiene su par de opuestos; semejante y desemejante son lo mismo; Los opuestos son idénticos en naturaleza, pero diferentes en grado: los extremos se encuentran; todas las verdades no son sino medias verdades; todas las paradojas pueden ser reconciliadas.» El Kybalion

LAS PARTICULAS ELEMENTALES

A la rama de la Física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos se le conoce como  la Física de Partículas, Se conoce a esta rama también como Física de Altas Energías, debido a que muchas de las partículas solo se las puede ver en grandes colisiones, a velocidades cercanas a las de la luz, provocadas experimentalmente en los aceleradores de partículas. El LHC (siglas en inglés de “Large Hadron Collider”) es un gran proyecto en el que intervienen miles de científicos e ingenieros de cientos de laboratorios y universidades de todo el mundo, como un ejemplo de cooperación pacífica internacional. Opera haciendo colisionar protones que circulan a velocidades cercanas a la luz en sentidos opuestos a lo largo de un anillo de unos 27 kilómetros de circunferencia, ubicado a 100 metros de profundidad, cerca de la ciudad suiza de Ginebra. El LHC busca recrear las condiciones del origen del Universo luego del llamado Big Bang (Ensayo 6) y descubrir nuevos aspectos de su naturaleza intrínseca. El LHC tuvo un costo aproximado de construcción de US$9.000 millones.

En la naturaleza existen dos tipos de partículas, los denominados Fermiones que son las partículas asociadas a la materia, y los Bosones que son las partículas asociadas a las interacciones.

EL CAMPO EN NUESTRO UNIVERSO

Históricamente el concepto de campo fue introducido para explicar la acción a distancia de las fuerza de gravedad (Ensayo 3), fuerzas eléctrica y magnética (Ensayo 7) aunque con el tiempo su significado se ha extendido, para describir variaciones de temperatura, propagación de ondas, etc. Por ejemplo nuestro peso se debe al campo gravitatorio terrestre y la desviación de una brújula se debe a la acción del campo magnético de un imán gigantesco que es nuestro propio planeta. En realidad los campos impregnan todo el espacio, como en el caso de las señales de los celulares, que no son otra cosa que el campo electromagnético en la región de las microondas (Ensayo 7).

Recordando que en el mundo subatómico las partículas son también ondas y viceversa  (Ensayo 1) por lo tanto las vibraciones de los campos también son partículas. Las partículas asociadas al campo electromagnético se denominan fotones que son las partículas o de la luz, que es un boson por ser la partícula asociada a las interacciones electromagnéticas. Podemos observar que todo en el universo vibra lo cual está claramente estipulado en las Leyes herméticas en la  Principio Hermético de la Vibración «Nada descansa; todo se mueve; todo vibra.» El Kybalion.

EL MODELO ESTANDAR

A fin de poner orden, en la jungla que se había formado con el descubrimiento de muchísimas partículas elementales y también sus correspondientes antipartículas Murray Gell-Man (P.N.) y George Zweig en 1965 propusieron que todas las partículas que interactúan fuertemente entre sí, están formadas a su vez de unas partículas que son más fundamentales, a las que se le llamó Quarks, cuyas cargas eléctricas son un tercio o dos tercios de la carga de un electrón, lo que resultaba muy aventurado para su época.

En la figura adjunta se puede observar el ordenamiento de las partículas elementales y sus interacciones de acuerdo al Modelo Estándar. En este Modelo, los Leptones y Quarks son partículas realmente elementales, en el sentido de que no poseen estructura interna. En cambio las partículas que tienen estructura interna se llaman Hadrones y están constituidas por quarks: Bariones cuando están formadas por tres quarks o tres antiquarks, o Mesones cuando están constituidas por un quark y un antiquark. Experimentalmente nunca se han detectado quarks libres, pues están siempre confinados en hadrones

En la figura hay seis Leptones (electrón, muón, tau, neutrino del electrón, neutrino del muón y neutrino del tau) y seis Quarks [quark up (u) arriba, quark down (d) abajo, quark charm (c) encanto, quark extraño (s), quark bottom (b) fondo y quark top (t) cima]. Sin embargo, los quarks tienen una propiedad llamada color, en sentido figurado, y cada uno puede presentar tres colores (rojo, verde y azul). Hay, por tanto, 18 quarks. Pero, como a cada partícula le corresponde una antipartícula (Principio de la Polaridad), existirían en total 12 leptones y 36 quarks.

Se puede notar que en el universo, los más importantes se encuentran en la primera columna, es decir la primera generación. Las demás tienen tiempos de vida cortísimas en el orden de millonésimas de segundo. El electrón es el leptón más conocido y el protón y el neutrón son los hadrones más familiares. La estructura interna del protón es uud, o sea, dos quarks u y uno d; la del neutrón es udd, es decir, dos quarks d y uno u.

Las interacciones fundamentales, en la última columna de la figura, tienen lugar como si las partículas que interactúan “intercambiasen” otras partículas entre sí. Esas partículas mediadoras son denominadas Bosones: serían los fotones en la interacción electromagnética, los gluones en la interacción fuerte, es decir mantiene unido al núcleo atómico, las partículas W y Z en la interacción débil y los gravitones (aún no detectados) en la interacción gravitacional.

LA “PARTÍCULA DIVINA”

El modelo Estándar requiere para tener consistencia en sus ecuaciones requiere que muchos de sus constituyentes sean partículas con masa cero (!). Estas partículas deberían viajar a la velocidad de la luz en el vacío, pero en realidad algunas de ellas como los quarks, leptones y los bosones W y Z viajan más despacio ¿Qué las hace más lentas? Para reconciliar esta situación en el espacio debería existir un cierto Campo que frena el movimiento de estas partículas, a este Campo se le llamó Campo de HIggs, en honor a Peter Higgs y colaboradores quienes propusieron su existencia en 1964. Las partículas elementales que interactúan con él adquieren masa, mientras que las que no interactúan con él, no la tienen. En particular, dicho mecanismo justifica la enorme masa de los bosones W y Z, como también la ausencia de masa de los fotones. A la partícula asociada al Campo de Higgs se le denomina Bosón de Higgs o “Partícula Divina”

La teoría de Higgs explica cómo se agruparon las partículas para formar estrellas, planetas e incluso vida. Sin la partícula de Higgs, el universo hubiera seguido siendo una mezcla informe de partículas dando vueltas a la velocidad de la luz. Se trata de la última pieza descubierta del Modelo Estándar, el 4 de Julio del año en curso 2012, que describe la construcción fundamental del universo. El modelo es el equivalente físico de la teoría de la evolución para la biología. Es un hecho que Higgs será galardonado con el Premio Nobel de Física el presente año.

LA TEORÍA DEL TODO

El modelo estándar nos describe muy bien el mundo subatómico, sin embargo tiene algunas deficiencias, como por ejemplo: El modelo contiene 19 parámetros libres, tales como las masas de las partículas, que deben ser determinados experimentalmente (además de 10 para las masas de los neutrinos). Esos parámetros no pueden ser calculados independientemente. El modelo no describe la fuerza gravitatoria, es decir la fuerza que gobierna el macrocosmos, planetas, estrellas, galaxias, etc. (Esta fuerza fue tratada detalladamente en el Ensayo 6), En el Modelo Estándar, la materia y la antimateria son simétricas, lo que no concuerda con la realidad.

El concepto de una "teoría del Todo" está muy bien expresada por Laplace en su Essai philosophique sur les probabilités, (introducción. 1814) (Principio Hermético  de Causalidad)

“Se podría concebir un intelecto que en cualquier momento dado conociera todas las fuerzas que animan la naturaleza y las posiciones de los seres que la componen; si este intelecto fuera lo suficientemente vasto como para someter los datos a análisis, podría condensar en una simple fórmula el movimiento de los grandes cuerpos del universo y del átomo más ligero; para tal intelecto nada podría ser incierto y el futuro así como el pasado estarían frente sus ojos”.

En el siglo XX los físicos se dedicaron a comprender tres fuerzas "cuánticas": el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débiles y las fuertes. Las dos primeras fueron unificadas en 1967-8 por Sheldon Glashow, Steven Weinberg, y Abdus Salam (todos P.N.) La fuerza fuerte y la electrodébil coexisten en el Modelo Estándar de partículas, pero se mantienen distintas.

Recientemente han surgido dos teorías que podrían en el futuro evolucionar hasta la mencionada Teoría del Todo. Una es la Teoría M, una variante de la teoría de cuerdas basada en un espacio de 11 dimensiones, que es la que cuenta con mayor apoyo entre la comunidad científica. La segunda es la denominada Teoría Cuántica de Bucles que postula que el propio espacio-tiempo estaría cuantizado dimensionalmente, algo que por ahora no ha sido demostrado. Ambas teorías serán tratadas en un próximo Ensayo.

Stephen Hawking fue originariamente creyente de una Teoría del todo pero después de considerar el teorema de Gödel (Ensayo 5), concluyó que no podría ser obtenida.

Muchas personas estarán muy disgustadas si no hay una teoría última, que pueda formular un finito número de principios. Yo solía pertenecer a ese campamento, pero yo he cambiado mi pensamiento. Stephen Hawking Gödel and the end of physics, Julio 20, 2002

REFLEXIONES

RR:. Y QQ:. HH:. En el presente Ensayo les he mostrado cómo el ser humano a través del tiempo trata de comprender las Leyes del G:.A:.D:.U:. En este caso encontrar el orden subyacente en el mundo subatómico, así mismo sistemáticamente he indicado, cómo las Leyes Herméticas son aplicables en esta area tan compleja de la física. Espero que esta serie de Ensayos contribuya a mantener a la vanguardia del conocimiento a nuestros HH:. en pleno Siglo XXl. .

NOTICIAS RECIENTES

El director general de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, Rolf Heuer, durante una conferencia de prensa en Meryn, Suiza, julio 4 2012. Científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN,) han descubierto una nueva partícula subatómica que podría ser el esquivo bosón de Higgs, considerado crucial en la formación del universo e imaginado hace medio siglo por el físico teórico Peter Higgs, al que debe su nombre.

(*) Antonio Salva Pando, es Maestro Masón de la RLS Heysen de la Gran Logia Constitucional del Perú