5 partículas subatómicas desconcertantes

Batman y los físicos de partículas tienen mucho en común.

Claro, pueden diferir en cuestiones de ganchos de agarre y braguetas de vinilo negro, pero el cruzado con capa y el CERN (la Organización Europea para la Investigación Nuclear) buscan lo último en dispositivos de alta tecnología y se enfrentan a una galería de pícaros excepcionalmente extraños.

Mientras Batman pelea con payasos anarquistas y ecoterroristas mutados , los científicos del CERN buscan identificar y detener a adversarios tan notables como el bosón de Higgs .

Te acuerdas del Higgs. Esta partícula teórica (a partir de este escrito) es fundamental para el modelo estándar de la física. El modelo estándar propone que la electricidad, el magnetismo, la luz y algunos tipos de radiactividad son manifestaciones de algo llamado fuerza electrodébil . Y la fuerza electrodébil une las fuerzas electromagnética y débil, dos de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, junto con la fuerza fuerte y la gravedad. ¿Aún conmigo? Bien.

Sin embargo, el modelo solo funciona si las partículas que nos rodean tienen masa cero en el período inmediatamente posterior al Big Bang. Teóricamente, la partícula de Higgs emite el campo de Higgs , un campo de energía en todo el cosmos que otorga masa a todo, por lo que si el modelo estándar es válido, entonces el Higgs debe existir. Solo tenemos que atraparlo primero.

En otras palabras, alguien robó el banco y, oh, mira, debe ser el Joker porque, siempre literal, dejó una tarjeta de presentación con su rostro en ella. Mientras tanto, la llamada "partícula de dios" vive una breve existencia a raíz de una colisión acelerada de partículas, y luego deja una firma de descomposición subatómica.

El Joker puede ser el enemigo más famoso de Batman, pero no es el más extraño. Lo mismo se puede decir del bosón de Higgs, así que conozcamos a los otros supervillanos subatómicos.

1. El enigma del gravitón
2. El mundo salvaje de los taquiones
3. Majorana Fermion, el demonio de dos caras
4. Axiones, secuaces y agujeros negros
5. Partículas camaleónicas

Adivina esto, Batman: ¿Cómo funciona la gravedad?

Mira, no es un tema que a Batman le guste discutir tanto. Según los físicos de la Universidad de Leicester, la gravedad tendría el curioso hábito de llevar a Batman a la muerte cada vez que el justiciero disfrazado intentara usar esa capa físicamente poco práctica. Así que tiende a dejar todo el enigma de la gravedad solo y perseguir a Edward Nigma en su lugar.

Para los físicos, sin embargo, la pregunta tiene mucho más peso, sí. Claro, tenemos una comprensión práctica decente de los efectos de la gravedad . Sabemos cómo su poder influye en la mecánica celeste y la formación de cuerpos cósmicos. Sin embargo, todavía no tenemos una respuesta firme al enigma de la gravedad.

Una posible respuesta nos lleva directamente a otra partícula desconcertante en la galería de pícaros subatómicos: el gravitón . Si realmente existe, esta partícula hipotética transmite la fuerza de la gravedad, haciendo que los objetos se atraigan entre sí. Ah, sí, y su existencia también nos permitiría unir la relatividad general con la mecánica cuántica. Verás, la gravedad a menudo actúa como una llave inglesa en varias teorías que lo abarcan todo.

Así que sí, el gravitón es algo importante, a menos que no exista.

Rápido. Sexy. Difícil de atrapar.

Batman tiene su Gatúbela, y los físicos de partículas tienen que lidiar con la elusiva y posiblemente errónea existencia de los taquiones . Uno es un ladrón sexy vestido de cuero y el otro es una partícula subatómica que viaja más rápido que la velocidad de la luz .

Sé lo que te estás preguntando: ¿cómo puede un taquión viajar más rápido que la velocidad de la luz si la velocidad de la luz es de hecho el "límite de velocidad universal"? Eso es como decir "ningún pato puede usar pantalones", y luego la cámara se desplaza hacia un ánade real que usa malditos pantalones de pana. Tenemos leyes universales por una razón, gente.

Se pone aún peor: si los principios de la relatividad especial son ciertos, los taquiones no solo están rompiendo el límite de velocidad universal, sino que también están violando la causalidad misma. Al menos en este universo, la causa siempre precede al efecto. Sin esa ley en efecto, el tejido del universo se deshace.

Si existen taquiones, es probable que se deba a esta laguna: mientras que la relatividad evita que la materia se acelere a la velocidad de la luz (ya que esto requeriría una energía infinita), no se aplica a las partículas que siempre viajan más rápido que la luz. Para los taquiones, la velocidad mínima es la velocidad de la luz, y se necesitaría una energía infinita solo para reducir su velocidad a velocidades sublumínicas.

Taquiones: son demonios de velocidad total, y es posible que realmente existan.

¿Puede algo ser su propio opuesto?

Sí, Batman sabe un par de cosas sobre esto.

Recuerdas la historia: el heroico abogado Harvey Dent sufre horribles quemaduras en el 50 por ciento de su cuerpo y su mente se quiebra. Una personalidad malvada y criminal emerge a la superficie y se convierte en Two-Face, el maníaco obsesionado con las monedas y con un gusto ridículo por la ropa mitad y mitad.

Los físicos de partículas también tienen una doble cara paradójica en su galería de pícaros: el fermión de Majorana , una partícula que actúa como su propia antipartícula.

Vamos a refrescarnos. Según el modelo estándar, las partículas y las cuasi partículas se dividen en dos categorías: fermiones y bosones. El campo de fermiones incluye quarks y leptones como electrones, entre otros. Llamamos a estos fermiones de Dirac . Aquí encontraría electrones cargados negativamente enfrentándose a sus contrapartes de antipartículas llamadas positrones , que tienen una carga positiva. Cuando estas partículas entran en contacto entre sí, se aniquilan entre sí.

Ese es exactamente el tipo de dualidad que dos caras apreciaría. La moneda tiene dos caras, y es una o la otra, cara o cruz. Deslízale una moneda de dos caras o algo así y lo empuja por la pared.

El campo de bosones incluye los fotones que componen la luz; estas partículas brillantes son sus propias antipartículas, produciendo una carga totalmente neutra. Realmente, esperas este tipo de cosas de un bosón.

Pero, ¿es posible tal cosa en el campo de fermiones? En la década de 1930, los físicos predijeron que lo era, pero nadie vio realmente el llamado fermión de Majorana . En 2012, un equipo de físicos de partículas holandeses detectó indirectamente estas diminutas dos caras en un experimento de laboratorio, pero esto no llega a una confirmación oficial de su existencia.

Sin embargo, una vez que captamos la evidencia experimental, pueden ocurrir cosas emocionantes. Los fermiones de Majorana tendrían una capacidad única para "recordar" posiciones pasadas en referencia a otros, lo que los hace muy útiles en el ámbito de la computación cuántica. Una teoría incluso sostiene que toda la materia oscura del universo en realidad está formada por fermiones de Majorana.

Computadores de materia oscura. Solo piensa en ello por un momento.

Batman tiende a pasar un tiempo bastante tumultuoso con las damas. Si no está esquivando los besos letales de Poison Ivy, entonces es una especie de drama con Catwoman. Mira, cásate con ella o tírala ya a la cárcel.

Y luego está Harley Quinn, la payasa homicida con un amor eterno (y poco saludable) por el archienemigo de Batman, el Joker . Claro, muchos súper villanos tienen sus parásitos y secuaces, pero ella se destaca como una verdadera compañera.

En el mundo subatómico, los físicos siguen atentos a una partícula hipotética conocida como axión . El axión es de particular interés porque su existencia llenaría un gran vacío en el modelo estándar de la física de partículas. También es un posible componente de materia oscura .

Pero volvamos a las comparaciones de Batman. Si los axiones son Harley Quinn, ¿quién es el Guasón? Porque nada menos que agujeros negros . Así es, los científicos teorizan que mientras los agujeros negros absorben todo, desde fotones hasta estrellas, los axiones son inmunes a su poder destructivo. En lugar de caer en la aplastante singularidad, los axiones orbitarían la estrella colapsada en una enorme nube de bosones.

Aún más loco, esta nube eventualmente se vuelve bastante masiva, a pesar de la masa extremadamente baja de sus axiones. Si la nube finalmente colapsara en el agujero negro, la bosenova resultante sacudiría la estructura misma del espacio-tiempo [fuente: O'Neill ]. Habla de una relación desequilibrada.

Incluso con todos los disfraces locos, es difícil hacer un seguimiento de la actividad de los súper villanos en Gotham City, especialmente cuando tienes a un cambiaformas como Clayface corriendo. Puede tomar la forma de cualquiera: un cajero de banco, Bruce Wayne, lo que sea. Adapta su apariencia física para adaptarse a su entorno, lo que lo convierte en un adversario bastante astuto.

Los físicos de partículas tienen su propio Clayface en forma de partículas camaleónicas . Hasta ahora, solo podemos especular sobre estos peculiares bosones que pueden o no estar impulsando la expansión del universo. Los científicos predijeron por primera vez su existencia en 2003 como una posible explicación de toda esa misteriosa energía oscura que constituye el 70 por ciento de nuestro universo [fuente: Johnston ]. Al igual que los cambiaformas criminales, las partículas camaleónicas ajustan sus propiedades para adaptarse a su entorno local. Por ejemplo, si una partícula camaleónica se queda aquí en la Tierra, donde la densidad de la materia es alta, también exhibiría una gran masa, pero sus interacciones con la materia serían muy débiles y de corto alcance.

Pero eso es aquí en la Tierra. En el vacío del espacio, las partículas camaleónicas exhibirían una masa baja y reaccionarían fuertemente con la materia a grandes distancias. En teoría, estas partículas especulativas podrían estar separando el universo en lo que llamamos inflación cósmica .

No es sorprendente que las partículas camaleónicas sean bastante difíciles de detectar aquí en la Tierra. Tendríamos que salir al espacio profundo y vacío para registrar su presencia.

Aún así, los físicos tienen una serie de esquemas de detección de alta tecnología bajo la manga, y la búsqueda continúa por el escurridizo camaleón.

Y así, el Caballero de la Noche regresa una vez más a su Cueva de los Murciélagos subterránea y los físicos también desaparecen para controlar sus colisionadores de partículas subterráneos.

Nota del autor: 5 partículas subatómicas desconcertantes

Como expliqué en el episodio de Stuff to Blow Your Mind "Había una vez un bosón llamado Higgs", tiendo a pensar en la física de partículas como un pastel de urinario cubierto de chocolate. Ese no es un comentario sobre la importancia del campo o la genialidad de las personas involucradas, sino mi opinión sobre su accesibilidad como un tema de audiencia general. Muerde el pastel solo un poco, y todo es chocolate y delicioso. Sin embargo, muerde un poco demasiado profundo y las cosas se vuelven menos deliciosas.

Así que traté de mantener este artículo lo más chocolatoso posible discutiendo algunas de las sorprendentes propiedades de nuestras partículas subatómicas más extrañas, tanto reales como especulativas. Es la deslumbrante portada de un libro mucho más profundo, porque la ciencia subyacente aquí es enorme. Después de todo, el campo de la física de partículas tiene como objetivo desentrañar el tejido de la existencia, descomponer la materia en su forma más básica y ampliar nuestra comprensión de lo que es este universo.

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