El Modelo Estándar, la explicación científica por completar, sobre la materia

Para adentrarse en la comprensión del mundo de las partículas sub atómicas se ha desarrollado una teoría denominada “Modelo Estándar”.

Es una teoría surgida en el inicio de los años setenta del siglo veinte, ya ha sido comprobada parcialmente a lo largo del tiempo.

La teoría relativista de campos, urdida entre 1970 y 1973, fundamentada en los conceptos de unificación y simetrías, aplicando los principios de la mecánica cuántica a los sistemas clásicos de campos continuos, lo que le convierte en una teoría de campos cuánticos.

Pero actualmente aún faltan de comprobar varias de sus atribuciones, adicionalmente de que con el andar de los nuevos descubrimientos y comprobación de predicciones se ha incrementado la posibilidad del modelo y por tanto han de resolverse circunstancias pendientes.

Ilustración del Modelo Estándar modificado por el nuevo descubrimiento.

Tomada de Cuaderno de Cultura Científica.

Y es que no es sencillo observar ese diminuto universo, no está en las posibilidades de los seres humanos el describir la apariencia física de las sub partículas.

¿Son exactamente que?

Sus características son especiales, para empezar, consideremos que los tamaños y distancias relativas entre las partículas subatómicas, son exageradas para nuestros criterios, se oponen a aquello de nombrar: “al pan, pan; y al vino, vino”, que tanto nos gusta.

Veamos: Con un protón y un neutrón que midieran diez centímetros se tendría que el diámetro del átomo que los contuviera en su núcleo mediría diez kilómetros, y los quarks, sub partículas atómicas que forman a los protones y neutrones, al igual que el electrón, en escala, tan sólo medirían 0.01 milímetros.

Y entonces 

¿Qué existe entre unos y otros?

¿Hay un “éter” que rellena el espacio vacío? 

¿Hay un vacío real? 

¿Este espacio está copado por “la materia oscura”? 

¿Y “la energía oscura, esta contenida en el interior de los átomos?

La materia esta formada de “la nada”.

Esquema de los tamaños y medidas:

Átomo: diez a la menos diez metros

Núcleo atómico: diez a la menos catorce metros

Neutrón y Protón: diez a la menos quince metros

Electrón: diez a la menos dieciocho metros

Quark: diez a la menos diecinueve metros

Propiedades de la sub partículas atómicas:

La carga eléctrica es una propiedad de las partículas, las fuerzas de atracción y repulsión entre ellas y que se manifiestan a través de campos magnéticos.

Son necesarios un actor y un escenario, una partícula y un campo de referencia, hemos llegado en estos últimos años a la confirmación de la existencia de:

El bosón de Higgs y el campo del mismo nombre. Ahí se da forma a la materia.

La conocida interacción electromagnética, entre la carga y el campo magnético es una de las cuatro interacciones fundamentales de la Física, en el marco del modelo estándar se puede considerar que es la medida que indica la capacidad de intercambio de fotones que tiene una determinada partícula.

Las otras tres son: Gravedad, interacción nuclear débil e interacción nuclear fuerte. El Electromagnetismo y las dos últimas están contenidas en el modelo estándar, la gravedad no lo está.

En adición a la carga eléctrica se ha demostrado formalmente que las partículas presentan un momento magnético intrínseco que es el llamado “espín”. Las partículas, podrían rotar sobres si mismas, con ello generaban un campo magnético, sin embargo, desde el punto de vista de la mecánica clásica, esto no es tan claro, en consecuencia de que no existe un eje sobre el cual gire la sub partícula. 

No hay, en consecuencia, analogía con los planetas y sus movimientos de rotación, pues estos cuerpos celestes si poseen un eje que le da viabilidad a ese giro.

La dificultad con este concepto, es que el “espín” no se puede explicar si pensamos, por ejemplo, en un electrón dando vueltas sobre si mismo.

El concepto de “espín”, se amplia en física cuántica, como un momento angular intrínseco, o un grado de libertad, esto no presenta conexión con la mecánica clásica.

Abordando el tema desde la perspectiva de la mecánica cuántica, encontraremos su importancia con relación a la simetría y los fundamentos del “Modelo Estándar”.

Su interpretación llega por medio del esquema cuántico, todas las sub partículas tienen ese “espín” y su valor está cuantizado. Estos son múltiplos de un medio (0.5), llamemos “S” para esta descripción matemática:

S = (n/2) ; donde rango de n es 0, 1, 2, 3, 4, 5, … => S = 0, ½, 1, 3/2, 2, 5/2, 3, 7/2, 4, ...

Una manera de entenderlo es que este número “espín” nos indica cual será el número de “rotaciones” que son necesarias para que se detecte una sub partícula en el mismo estado que inicialmente tenía.

Con espín cero el giro es de cero grados, la partícula se presenta como un punto.

Con espín uno el giro es de 360 grados, la partícula se asemeja a una carta de baraja, una pica o espada, que para volver a su posición original ha de dar una vuelta completa.

Con espín dos el giro es de 180 grados, es como una carta de la baraja, de las llamadas de figura  (rey o reina), que con solo un medio giro vuelven a adoptar su posición inicial.

No se les puede ver, pero ese estado si puede ser medido, lo podemos calcular.

Al aplicar una suficiente cantidad de energía a las partículas, esto es, un giga electrón – voltios (GeV), se produce un fenómeno que puedes ser cuantificado. Y es que masa y energía son las dos caras de la misma moneda, y en consecuencia de la equivalencia, que dictó Einstein:

Energía (E) = masa (m) por el cuadrado de la velocidad de la luz (c);

entonces ambas pueden ser medidas con la misma unidad: electrón – Voltio (eV).

“Las Leyes de Simetría” también llamada “Leyes de Invariancia”, introducidas en la física antes de 1964 sólo puede ser validadas si las partículas elementales no tienen masa inercial, es decir, que no presentan resistencia al cambio de velocidad.

Hay una fuerte correspondencia entre una simetría y una ley de conservación. La traslación espacial tiene en el momento lineal su magnitud conservada; en la rotación la magnitud conservada es el momento angular y en la traslación temporal su magnitud conservada es la energía.

Para profundizar diremos que: el momento lineal o cantidad de movimiento es una magnitud vectorial que relaciona la masa con la velocidad; el momento angular es una magnitud vectorial que se utiliza para caracterizar el estado de rotación y la energía en su definición nos dice que es la capacidad de la materia para producir trabajo, que puede ser entre otras, en forma de movimiento. 

Los campos cuánticos relativistas son invariantes ante el cambio de partícula por su antipartícula y viceversa , las leyes vigentes para ambas son las mismas, se le conoce como simetría “C”; la simetría “P” implica que para una situación cualquiera y para su imagen especular (la imagen especular de una partícula girando hacia la derecha es la misma partícula girando a la izquierda),son similares las reglas aplicable a ambas; e invariantes ante el avance del tiempo o la inversión temporal, se denomina simetría “T”, lo que significa que las leyes son invariantes tanto si el tiempo avanza o si retrocede.

Asimismo y en consecuencia de lo antes mencionado una de las propiedades de las partículas sub atómicas es que poseen masa, les da forma y carácter de “reales”,dado que pueden ser percibidas con un instrumento de especial sensibilidad como lo es un detector de partículas. 

Pero, en otra ocasiones, las partículas son “virtuales”, en consecuencia, de no ser posible su percepción, mas que por sus efectos indirectos, como lo son las pequeñas modificaciones que afectan la energías de las órbitas electrónicas en los átomos, estas son medibles, ya han sido medidas, siendo los datos concordantes con las predicciones teóricas, ello con una exactitud notable.

Estos son el tipo de situaciones que justifican plenamente la exactitud delos supuestos, dado que se comprueban de forma indirecta, con resultados de muy alta precisión.

Así que si una partícula no tiene masa, aún con ello nos brinda información importante y los humanos consideramos un dato fundamental el conocer si tiene masa una determinada partícula, y si es así medirla para conocer su situación con todo detalle, pues ello lleva a teorizar se aventuran supuestos y es factible predecir consecuencias, las que habrán de verificarse de alguna forma. 

Y el tema da para mucho más, pero solamente agregaré que las simetrías internas son fundamentales para el modelo estándar, debido a que definen con exactitud la interacción entre partículas y fundamentan la conservación de la carga.

Ahora conoceremos que la teoría ha establecido que existen dos tipos de sub partículas elementales, los Fermiones y los Bosones.

Fermiones.

Es el primer tipo de partícula elemental que existe en la naturaleza. Su característica es que poseen espín semi – entero. Por ejemplo ½, 3/2 , 5/2 …etc.

Para el espín de un medio, el giro para volver a su estado inicial será de 720 grados, o sea, doble vuelta. Esto es, el doble del giro que cubre la partícula de espín 2 (giro de 360 grados). 

Estas partículas forman toda la materia del universo, y no encontraremos dos de ellas juntas en el mismo estado (Principio de exclusión de Pauli). Esto es crucial en la medida que permite entender la razón por la cual las partículas materiales no colapsan a un estado de alta densidad, bajo la influencia de las fueras producidas por las partículas de espín entero.

Ilustración del Modelo Estándar con las adiciones de los bosones Gravitón y de Higgs.

Tomada de Molasaber de Carlos Pasos.

Existen dos tipos de fermiones fundamentales: los quarks y los leptones.

Los Quarks

Son los más conocidos de las sub partículas, sus nombres son sugerentes y han ganado el favor del gran público.

Los famosos seis son:

Inglés         Español      Masa      Carga      Espín

Up              Arriba        2.4 MeV      ⅔             ½

Down         Abajo        4.8 MeV     - ⅓            ½

Charmed   Encanto    1.27 MeV     ⅔             ½

Strange     Extraño     104 MeV     - ⅓            ½

Top           Cima         171.2 MeV     ⅔            ½

Bottom     Fondo          4.2 MeV    - ⅓            ½

Son los constituyentes básicos de la materia. 

Los protones y neutrones están compuestos por tres quarks:

Protón dos quarks arriba y un quark abajo (⅔) + (⅔) – (⅓) = 1

Neutrón dos quarks abajo y un quark arriba (⅔) – (⅓) – (⅓) = 0

Estos quarks son mucho menores que la longitud de onda de la luz visible, incluso el átomo es menor a dicha longitud, por lo que no será posible mirarlos de forma normal, están fuera de la percepción que nos otorgan nuestros sentidos. 

Se hace necesaria una longitud de onda mucho más pequeña, y si consideramos lo propuesto por Luis de Broglie, en el sentido de que las partículas son en realidad ondas, y que cuanto mayor sea la energía de una partícula determinada, tanto menor es su longitud de onda de su onda correspondiente. 

Las mediciones de las energías de las partículas se realizan en la unidad llamada electrón – voltio. Que equivale a la energía que gana un electrón en un campo eléctrico de un voltio. En un principio los alcances eran de muy bajas energías, como el de la combustión y se concluyó erróneamente que los átomos eran la mínima unidad de la materia e indivisibles.

Al aprender a utilizar energías mayores, de millones de electrón – voltio y posteriormente de miles de millones de electrón – voltio, mediante la manipulación de campos electromagnéticos, lo que nos lleva a prever que se está muy cerca de encontrar a los “ladrillos” fundamentales de la naturaleza.

Al momento no nos resulta posible encontrar a un quark aislado, o se les encuentra en tripletas o bien, en un par compuesto por un quark y un anti quark. 

Pero presentan un esquema que distingue tres aspectos, en el año 1964, se otorgó una explicación sobre la existencia de los quarks en una coexistencia en hadrones (partícula sub atómica formada por quarks, y que antes de su descubrimiento se conocía como partículas sensibles a la interacción fuerte), dando el nombre a los tres aspectos, en concordancia con ellos a los colores primarios. Verde, rojo y azul. Los anti quarks tendrán uno de tres colores: anti verde,anti rojo o anti azul. 

A esta teoría se le nombró cromodinámica cuántica, la que se ha constituido en un ingrediente importante para el modelo estándar. E incluye la descripción del campo asociado a la carga de color como “Campo de Gauge”, sistema de partículas convencionalmente con las tres dimensiones del espacio vectorial y cuya interacción puede describirse en términos de un “Campo de Yang – Mills”, que modifica el “color de un quark. 

Entonces un triplete o un par, se forman de tal manera que la combinación de aspectos otorgue el color blanco a la combinación. Un quark rojo se añade a un quark verde y otro azul, que unidos por la cuerda de gluones otorga: rojo + verde + azul = blanco. 

Y el par de quark y anti quark Rojo + anti rojo, o verde + anti verde, o azul + anti azul = blanco.

Estas partículas resultantes, llamadas mesones, son muy inestables, dado que un quark unido a su anti quark, se pueden eliminar produciendo electrones y otras partículas.

Esta característica alcanza también a los gluones, no se obtienen gluones aislados, pues ellos también presentan un color, por ello se deberán agrupar para obtener en la adición el color blanco. A esta agrupación se le llama “Bola de gluones”.

En el modelo estándar todas las interacciones presentan un tipo de simetría de gauge, aunque no es siempre observable, sobre todo a temperaturas bajas, en esa condición la simetría se rompe espontáneamente. Se ha propuesto para ello el llamado “Mecanismo de Higgs”, que propone adecuaciones en el límite de bajas energías, para que los bosones gauge se comportan como si estuvieran dotados de masa. En otras palabras el mecanismo de Higgs puede ser interpretado pensando que la interacción entre el campo escalar introducido o campo de Higgs y los bosones gauge, hace que estos "adquieran" masa, es decir, presenten interacciones como las que presentarían genuinas partículas con masa.

Leptones

Hay seis leptones, el más famoso de ellos es el electrón, le acompañan el muón, las partículas tau y sus respectivos neutrinos.

Nombre                           Masa             Carga        Espín

Electrón                        0.511 MeV          -1              ½

Muón                            105.7 GeV           -1              ½

Tauón (Tau)                   1.777 GeV           -1              ½

Neutrino electrónico    < 2.2 eV                0              ½

Neutrino muónico        <0.17 MeV            0              ½

Neutrino tauónico        <15.5 MeV            0              ½

Son estables con excepción del muón, que tiene una estabilidad de 2.20 por diez a la menos seis segundos y del tauón (Tau) con estabilidad de 2.96 por diez ala menos trece segundos.

Se han diferenciado tres generaciones de partículas de la materia. La primera de ellas agrupa a los quarks Arriba, Abajo; y los leptones Electrón y su neutrino correspondiente. La segunda generación la componen: los quarks Encanto y Extraño y los leptones Muón y su neutrino respectivo. Finalmente la tercera generación de la materia son: los quarks Cima y Fondo y los leptones Tauón (Tau) y su neutrino asociado.

Bosones.

Es el segundo tipo de partícula elemental que existe en la naturaleza. Su característica es que poseen espín cero o entero. Por ejemplo 0, 1, 2,... etc.

Al contrario de los fermiones pueden existir dos o más de ellos en el mismo estado, lo que propicia un fenómeno que se conoce como “Condensación de Bose – Einstein”, el estado de agregación de la materia. 

Ejemplo de estos estados los encontramos en las aplicaciones prácticas que trabajan a base máseres y láseres, que agrega fotones, que son bosones.

Con espín cero, es un punto esta partícula, el giro es de cero grados.

Con espín uno, es similar a una flecha, el giro necesario es de 180 grados.

Con espín dos, es como una carta de baraja, el rey, por ejemplo. Como presenta la figura encontrada en el vértice. 

Interactúan con las sub partículas materiales, pues los bosones son portadores de las fuerzas existentes en la naturaleza:

                      Masa           Carga    Espín      Interacción o Fuerza

Fotón:             0                    0               1           Electromagnética

Gluón:             0                    0               1                 Fuerte

Bosón Z:       91.2 GeV         0               1                 Débil

Bosón W:      80.4 GeV      +- 1             1                 Débil

El Gravitón que es la partícula bosónica, de espín 2, que no tiene masa propia y que transfiere la fuerza llamada gravedad, de característica siempre atractiva y de largo alcance, el recientemente confirmado bosón de Higgs, no tendrían cabida en el original planteamiento del modelo estándar.

La fuerza gravitatoria entre los cuerpos en el espacio – tiempo se atribuyen al intercambio de gravitones, entre las partículas que componen dichos cuerpos, por ejemplo la Tierra y la Luna o el Sol. Estas partículas intercambiadas son virtuales, pero producen efectos medibles, generan los movimientos de traslación, de cuerpos de menor masa alrededor de aquellos que les superan en ello.

Los gravitones reales constituyen lo que se conoce como ondas gravitatorias o gravitacionales, que son muy débiles y que tan sólo recientemente han podido ser observadas. De las cuatro fuerzas es la más débil.

Después tenemos la fuerza electromagnética, interactúa con las partículas cargadas eléctricamente, con intensidad con las partículas que tienen carga eléctrica, como electrones y quarks, pero no lo hace con los gravitones, debido a que estos no tienen carga.

La gravedad es diez a la 42 más débil que la fuerza electromagnética, sin embargo, debido a que hay dos vertientes de lo eléctrico, positivo y negativo, los impulsos atractivos y repulsivos se anulan mutuamente, y la fuerza neta resultante es en extremo débil.

Sin embargo en el mundo sub atómico, es muy intensa, ejemplo es el movimiento que genera en el interior de un átomo, lugar en el que propicia que los electrones giren alrededor del núcleo, ello mediante el intercambio de partículas virtuales, sin masa y con espín uno: los fotones.

Y si se llega a presentar el caso de que un electrón cambie de órbita, de una más lejana a otra más cercana al núcleo, la energía liberada consigue se emita un fotón real, que será percibido en forma de luz visible para el ojo humano, o por un aparato detector.

La tercera fuerza es la llamada fuerza nuclear débil, que genera la radiactividad, actuando con las partículas de espín ½, y no con las que poseen espín entero (bosones). Fue en el año de 1967 cuando se propuso una teoría que podía unificar esta interacción con la electromagnética, prediciendo la existencia de tres partículas adicionales al fotón, que también coincidían en el valor del espín. 

Los bosones se incrementaron con: el conocido como W más, él llamado W menos y él Z cero, poseedores de masa de unos 100 GeV (giga electrón – voltio), y propuso una propiedad desconocida hasta entonces, se llamo “ruptura simétrica espontánea”, que señalaba que si las partículas eran afectadas por bajas energías había varias partículas totalmente diferentes, siendo en realidad la misma partícula, sólo que presentaba estados distintos.

Haciendo un símil con la ruleta de un casino, se decía que a altas energías la bola se comporta de la misma forma girando y girando alrededor de la ruleta, pero que al ir frenando, disminuyendo la energía de la bola, hasta que termina por detenerse, y cae en alguna de las 37 casillas que tiene la ruleta disponibles, para recibir las apuestas, sobre el destino final de la bola. Entonces a bajas energías hay 37 estados diferentes en los que la bola puede estar.

Experimentalmente ello se demostró en la década de los ochentas, ante la exposición de los bosones compañeros del fotón, a energías mayores a 100 GeV, se comportaron en forma similar.

La cuarta categoría de fuerza se planteó en 1963, cuando se observó que los neutrones y protones estaban formados por las partículas llamadas quarks, se pensó que existía una fuerza que les daba cohesión venciendo a la repulsión eléctrica de los protones con carga positiva. Es pues la fuerza nuclear responsable del hecho muy fuerte, es un centenar de veces más fuerte que la electromagnética y actúa en un radio de acción muy corto, es menor al tamaño del núcleo atómico (diez a la menos catorce metros).

La partícula que transmite esta interacción es el gluón, que tiene espín uno, y que solamente reacciona consigo misma y los quarks, con una propiedad llamada “confinamiento”, que siempre liga a las partículas en combinaciones de forma tal que no habrá predominio de ninguno de los tipos existentes de color.

El confinamiento impide la observación de un quark o de un gluón aislados, lo que podría convertir, en apariencia, esto en una cuestión metafísica, para considerarlos como partículas. Sin embargo, la interacción fuerte tiene una propiedad llamada “libertad asintótica”. 

Cuando se utilizan altas energías, en experimentos realizados con grandes aceleradores de partículas, se ha observado que la interacción fuerte se hace mucho menos intensa, y quarks y gluones se comportan casi como partículas libres. 

A partir de la unificación de las interacciones electromagnéticas y nucleares débiles, se intentó la unificación con la interacción nuclear fuerte. Teoría de Gran Unificación, cuya idea básica es que a determinada energía muy alta, que se nombró como “Energía de la Gran Unificación”, las tres fuerzas se comportan en forma similar, lo que implica considerarlas como aspectos diferentes de una única fuerza.

Adicionalmente se presupone que las diferentes partículas de espín ½ (quarks y leptones), también serían iguales, obteniéndose otra unificación. La inconveniencia es que la energía de la gran unificación, teóricamente es demasiado alta (mayor de mil millones de GeV), y la generación actual de aceleradores poseen una capacidad energética de 100 GeV, y se espera un crecimiento de tan solo de unos miles más. La máquina que fuera capaz de la generación de ese nivel tendría un tamaño similar al del Sistema Solar. La máquina de momento no es posible.

Pero existe una opción distinta, en las bajas energías, las que actualmente es posible comprobar consecuencias con la unificación de las interacciones electromagnéticas y nucleares débiles.

Por el principio de incertidumbre, la energía de los quarks que forman los protones no puede estar fijada con exactitud, lo que implica la probabilidad, muy baja, de que algún protón decaiga. Con esa pequeña probabilidad el lapso para que ello pasara sería muy grande. Un millón de billones de billones años, período más largo que el acontecido desde el Big Bang. 

El truco a seguir sería aumentar la probabilidad de presenciar una desintegración, observando una gran cantidad de materia con una grandísima cantidad de protones, por ejemplo, se observa un número de protones de diez seguido por treinta ceros durante un año, se esperaría, de acuerdo a la teoría de la gran unificación, descubrir varias desintegraciones de protones. 

El paso siguiente 

En estos momentos hay nuevas rutas para explicar estos cambios y dar respuesta a las incógnitas que se llegaron a establecer al analizar las consecuencias y características de las propuestas teóricas del modelo.

Ilustración del SMASH el modelo estándar evolucionado.

Tomado de Phys Rev Letter. SMASH.APS Alan Stonebraker.

En el inicio del 2017, cuatro físicos teóricos, Guillermo Ballesteros (de la Université París Saclay), Javier Redondo (investigador en Física de la Universidad de Zaragoza, actualmente en Instituto de Física Max Plank), Andreas Ringwald (del Instituto Max Plank) y Carlos Tamarit (de la Universidad de Durham), han desarrollado un nuevo modelo, al que llaman SMASH (Standard Model Axion See-saw Higgs portal inflation) que extiende mínimamente el estándar con resultados espectaculares: soluciona cinco de los problemas del modelo estándar de una estocada.

Se publicó el artículo: “Unifyng Inflation with the Axion, Dark Matter, Baryogenesis, and the Seesaw Mechanism”. En la Revista Physical Review Letters (Phys. Rev. Lett. Doi : 10 113 / PhysRevLett 118 . 071802).

En SMASH (Standard Model Axion See-saw Higgs portal inflation) se añaden 6 nuevas partículas a las 17 existentes.

Las seis nuevas partículas son:

• Un “axión”, que es una partícula candidata a ser la constituyente de la materia oscura,
• Tres “neutrinos pesados diestros”, 
• Un “fermión” con triplete de color, y
• Una partícula llamada “Rho”.

Esta partícula es la culpable de otorgarmasa a los neutrinos diestros y que, junto con el bosón de Higgs, es la responsable de la inflación cósmica.

Con estas 6 partículas el SMASH se logra explicar 5 asuntos pendientes:

1) Produce el desequilibrio observado materia-antimateria que hay en el universo; 

2) Crea las misteriosas masas diminutas de los neutrinos zurdos; 

3) Incluye el origen de la materia oscura; 

4) Explica la inflación cósmica.

5) Explica la simetría tan extraña que presenta la interacción fuerte que es la que mantiene a los quarks en los núcleos de los átomos.

Javier Redondo que es un especialista en el estudio de partículas hipotéticas, como es el “axión”, expresó: “Aunque este nuevo modelo ha despertado algún interés en la comunidad científica, es necesario probarlo con futuros experimentos. A lo largo de los últimos 50 años, los físicos se han apoyado en el modelo estándar de física para describir cómo funciona el Universo, y que incluye tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza (electromagnetismo, interacción fuerte e interacción débil, dejando fuera la gravedad)".

Añadió:"El modelo es muy básico pero con él la cosmología está completa y la física de partículas es sencilla. Es muy predictivo, es decir, puede ser invalidado de varias maneras distintas", agrega Redondo, quien indica que experimentos en los próximos años "deberían descubrir el “axión” como materia oscura en un rango de masa determinado, ondas gravitacionales primordiales a un cierto nivel, espectros de perturbaciones con una pendiente específica y una pequeña cantidad de radiación oscura (axiones relativistas)".

El nuevo modelo hace predicciones claras y medibles. Por ejemplo, Nuevas observaciones del fondo cósmico de microondas y los resultados de los experimentos que buscan axiones pueden decir más pronto que tarde si esta nueva hipótesis es nuestro mejor modelo del universo o hay que descartarla completamente.

Standard Model Axion See-saw Higgs portal inflation (SMASH),dice que la masa de los “axiones” tiene que estar entre 50 y 200 microelectronvoltios.

¿Irá a alguna parte este modelo? 

¿Conseguirán sus autores el Nobel?

¿Será esto el ansiado cambio de paradigma de la física? 

No hay que correr tanto. De momento hay cosas que SMASH no explica, como el llamado “problema de jerarquía” o la “constante cosmológica”, ni tampoco incluye lo referente a la gravedad.

Los problemas no resueltos por la nueva teoría.

Con motivo de los planteamientos establecidos a partir de la teoría cuántica de campos, el interés sobre la existencia de una “constante cosmológica” resurgió, la predicción de “la densidad de energía del vacío” que puede ser una alternativa viable, en cuanto a su funcionamiento, le llevaría a ocupar ese lugar.

El problema de la “constante cosmológica” se advierte en dos cuestiones: Por un lado, el valor observado le otorga un límite superior de diez a la menos 30 gramos por centímetros cúbicos; mientras los cálculos cuánticos para esa energía del vacío es de diez a la 91 gramos por centímetro cuadrado (diferencia de ciento veinte órdenes de magnitud). Y por otro lado, el valor observado de la constante cosmológica contribuye a una densidad de energía cósmica del mismo orden de magnitud que la contribución de la materia.

No hay una respuesta convincente hasta ahora, solo propuestas sin comprobación.

A la pregunta referente a la debilidad que afecta a la gravedad, en comparación con la interacción nuclear débil, se ha dicho que ello es consecuencia de la constante de acoplo que ambas fuerzas manejan.

La teoría mas aceptada para solucionar el problema de la jerarquía es la “supersimetría”, pero no es aún aceptada plenamente, hay detalles importantes que en ciertos aspectos le descalifican.

El problema de la jerarquía viene de las mismas entrañas de nuestro modelo, en él se maneja una escala de energía llamada “escala electrodébil” (100 GeV), si la energía está abajo de la escala las fuerzas electromagnética y nuclear débil son diferentes y por encima de ella, están unificadas, ambas son la misma cosa.

Y existe otra escala, la que lleva a la gravedad se hace comparable en intensidad a las demás interacciones, se le conoce como “escala de Plank”, y su valor es incomparable con la escala anteriormente descrita. Jerarquizando las interacciones, pues la masa del bosón de Higgs se encuentra entre los parámetros de la interacción nuclear débil y al revisar las relaciones de esa masa de Higgs y la “escala de Plank”, al considerar que entre ambas no existe nada (desierto físico), se le obliga a crecer diecisiete ordenes de magnitud, la masa de Higgs seria equivalente al peso de la masa de Plank, lo que incapacita al bosón para realizar su tarea de proporcionar masa a las partículas.

Supersimetría, mundos “brana”, dimensiones extra, son algunas opciones propuestas para resolver este problema, pero no hay una definitiva.

La gran villana.

La gravedad es una villana de grandes alcances y fuertes convicciones, su alcance es ilimitado y eso le otorga facultades de difícil trato, no se ajusta a la realidad cuántica, y en correspondencia la realidad cuántica tampoco se acopla a las condiciones de la interacción más débil de la naturaleza.

Fotografía de 1987 de Michael Jackson durante la interpretación de la canción “Smooth Criminal” en que se inclinó con el tronco recto en un ángulo de cuarenta y cinco grados en una posición antinatural y claro que hay un truco. 

Tomada de Culto “La Tercera”.

El modelo estándar no contempla la integración de la gravedad con las otras tres interacciones, ni aún el nuevo modelo propuesto, el asunto es de difícil solución. Habrá de evolucionar la teoría, se deberán lograr avances en los aceleradores de partículas y los detectores de las mismas. Eso será materia del futuro, lo que acercará a la humanidad a la posibilidad de manipular la materia y la energía hasta fronteras hoy impensadas.

Entre tanto nos podemos divertir con las ideas y propuestas que la imaginación de los científicos otorguen para descorrer la cortina que nos impide, aún ahora, conocer la totalidad de la realidad, la materia que la conforma y la energía que le alimenta.