La segunda charla que preparé para Amazings Bilbao estaba pensada para tener unas 12 transparencias con figuras divertidas extraídas de la web La Aventura de las Partículas. Además, para darle un toque de humor tenía pensado incluir algunas figuras de transición, en plan visto y no visto, como una caricatura de ZP junto a Rajoγ; a alta energía ambos serían delgados y a baja energía ZP sería muy gordo y Rajoγ seguiría siendo delgado (en un globo ZP decía «me he comido el Higgs… digo la crisis»); ahora no me hace tanta gracia, así que la omito. Mi idea era gesticular mucho con las manos conforme hablase, pero omitiré aquí describir los gestos. Bueno, al grano, espero que os guste.
Tiempo de presentación: 10 minutos ajustados.
Todos estamos hechos de átomos, incluso las mulas. En vuestros cuerpos hay unos 59 elementos químicos diferentes. Una persona que pese 70 kg (como yo… bueno, como cuando yo los pesaba) tiene unos 7 mil billones de billones de átomos en su cuerpo. Hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno, … pero también oro y uranio. Sí, así es, por cada 70 kg de peso vuestros cuerpos contienen unos 0,2 miligramos de oro y unos 0,1 miligramos de uranio. Ya sabéis que no hay que ir a Fukushima para emitir radioactividad.
Todos los átomos están hechos de electrones y quarks. Los electrones son partículas con carga eléctrica negativa que orbitan un núcleo con carga eléctrica positiva. Los electrones están unidos al núcleo gracias a un campo eléctrico (a la interacción electromagnética mediada por los fotones, partículas de luz).
Los quarks que forman el núcleo atómico están agrupados en tríos, que llamamos protones y neutrones. Hace 40 años se descubrió que los protones y los neutrones estaban compuestos de quarks. Hay dos tipos de quarks en vuestro cuerpo, los quarks tipo arriba con una carga positiva 2/3 de la del electrón y los quarks tipo abajo con una carga negativa 1/3 de la del electrón. Un protón tiene dos quarks arriba y uno abajo, por ello tiene una carga positiva total opuesta a la del electrón. El neutrón está formado por dos quarks abajo y uno arriba y es neutro (para la carga eléctrica). Sabemos que los protones están compuestos de quarks gracias a experimentos en los que se hace colisionar electrones de muy alta energía contra un protón. La mayoría de los electrones pasa a través del protón como si estuviera vacío, pero algunos chocan contra los quarks y rebotan; gracias a estos rebotes podemos conocer sus propiedades físicas.
Los quarks están unidos entre sí dentro del protón gracias a la interacción fuerte o de color. Los quarks tienen carga eléctrica (positiva o negativa) y carga de color (con tres valores llamados rojo, verde y amarillo). En el protón, los tres quarks están rodeados de innumerables gluones, las partículas portadoras de la interacción fuerte y que son capaces de cambiar el color de los quarks. Hay 8 tipos diferentes de gluones. Los hadrones son partículas neutras para la carga de color formadas en su interior por partículas que sí están coloreadas (quarks y gluones). Los protones y los neutrones están unidos entre sí en el núcleo gracias a una interacción efectiva, una fuerza residual de la interacción fuerte. Esta fuerza es mucho más fuerte que la repulsión eléctrica entre los protones que tienen carga positiva.
Un átomo pesado con muchos neutrones y protones en su núcleo puede desintegrarse en átomos menos pesados, es decir, puede ser radioactivo. Un quark abajo puede transformarse en un quark arriba, convirtiendo un neutrón en un protón y desestabilizando el núcleo del átomo, que puede fisionarse en dos. En este proceso la conservación de la carga obliga a que se emita un electrón y además resulta que se emite otra partícula, el neutrino. Todas estas partículas, los dos leptones, el electrón y el neutrino, y los dos quarks, el arriba y el abajo, forman un conjunto de partículas llamado primera generación. Hoy en día se conocen dos generaciones más, formadas por partículas como las anteriores pero de mayor masa. Nadie sabe por qué hay tres generaciones de partículas y no cuatro o dos.
La interacción entre un electrón y un quark puede ser electromagnética, por el intercambio de un fotón (una partícula de luz), o mediante la interacción débil, mediante el intercambio de un bosón Z neutro o de un bosón W cargado. Los bosones Z y W son partículas muy parecidas al fotón, pero con una masa enorme, el Z tiene unas 97 veces la masa de un protón y el W unas 86 veces. Cuando los electrones tienen una energía inferior a la masa de estas partículas, el electromagnetismo y la interacción débil son dos interacciones completamente diferentes. Sin embargo, cuando los electrones tienen una energía superior a unas 230 veces la masa del protón (216 GeV decimos los físicos), el fotón y los bosones Z y W todos se comportan de forma idéntica, como si no tuvieran masa en reposo. Es un hecho experimental que a estas energías es imposible distinguir un fotón de un bosón Z. Electromagnetismo e interacción débil están unificadas en una única interacción, llamada electrodébil.
Una billonésima de segundo después de la gran explosión, el big bang, la interacción electrodébil sufre una transición de fase (a unos 216 GeV) y se separa en dos interacciones muy diferentes en apariencia. En este proceso los bosones Z y W adquieren una masa en reposo enorme y la interacción débil se vuelve una interacción de muy corto alcance y muy débil comparada con el electromagnetismo. Para entender esta transición de fase los físicos han propuesto un mecanismo llamado ruptura espontánea de la simetría electrodébil o mecanismo de Higgs para abreviar.
El mecanismo de Higgs predice que todas las partículas adquieren una masa en reposo a baja energía (por debajo de los 216 GeV), aunque en realidad sean partículas con masa en reposo nula (como el fotón) a alta energía. La masa en reposo es una propiedad que solo permite diferenciar a las partículas a baja energía, siendo irrelevante a muy alta energía.
El mecanismo de Higgs predice la existencia de un partícula residual, llamada bosón de Higgs, asociada al hecho de que el fotón no adquiere masa tras la transición de fase electrodébil. La transición de fase más conocida es la congelación del agua a 0º C. El agua presenta una simetría exacta: desde dentro podemos mirar en todas direcciones y veremos siempre los mismo, agua. Sin embargo, el hielo es un cristal con simetría hexagonal (acordaros de los copos de nieve) y mirar dentro del hielo en ciertas direcciones es diferente a mirar en otras; la simetría exacta del agua se ha rota en una simetría más sencilla.
El vacío en física de partículas no está vacío, contiene campos que presentan ciertas simetrías. Si pego un salto, el campo gravitatorio de la Tierra hace que vuelva a caer, incluso en el vacío. Los físicos creemos que el vacío está relleno de un campo de Higgs y de campos asociados a todas las partículas. Durante la transición de fase electrodébil, el campo de Higgs sufre un cambio (se condensa en un estado de Bose-Einstein) y como resultado todas las partículas para las que se rompe las simetría de la teoría electrodébil adquieren masa en reposo; sin embargo, la simetría asociada al electromagnetismo no se rompe, se mantiene exacta a baja energía y el fotón sigue sin masa.
El mecanismo de Higgs predice que el campo de Higgs interactúa consigo mismo y aparece a baja energía como una partícula con masa, el bosón de Higgs. Esta partícula predicha por los físicos aún no ha sido encontrada en los experimentos. Hablando un poco a la ligera podemos decir que todas las partículas adquieren masa “comiéndose un bosón de Higgs” y que el propio bosón de Higgs es caníbal y puede comerse a sí mismo. La teoría no predice la masa del Higgs, hay que descubrir un Higgs para saber cómo interactúa consigo mismo, por ello, su búsqueda a ciegos ha costado tantos años. Sin embargo, ya ha llegado el momento de la gloria. Los físicos creemos que el año que viene el bosón de Higgs será descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones, el LHC, en el CERN.
La gran noticia científica del año próximo será el descubrimiento, por fin, del bosón de Higgs.
Francis (th)E mule Science's News 
Una vez más, la mejor explicación para simples ignorantes como yo.
Por supuesto, cabrá esperar que se encuentre, con cierta energía, un bosón con algunas de esas características; luego vendrán las madres mías y la complicación de la teoría.
De todas formas, ¿cómo se va a poder encontrar una partícula de la que sabemos sólamente cómo se mueve (bosón) si el propio movimiento podría estar subyugado al entrelazamiento (entanglement)? Llamadme pretencioso, pero especulo que antes de encontrar todas las propiedades algebraicas del bosón, se debería de entender el álgebra de los fermiones con el principio de exclusión de Paulí.
Que los bosones no cumplan ese principio no implica que en su dinámica no deba haber una explicación del entrelazamiento y, por tanto, la física que explica al bosón de Higgs, en mi modesta opinión, debe de asumir los problemas del entrelazamiento.
El bosón de Higgs
La imaginación del ser humano supera con creces a la realidad y es tan desbordante que no me atrevo a negar las explicaciones que se dan en Física Teórica respecto a la existencia de partículas elementales. El motivo de mi humildad, está en el embaucamiento del auditorio que recibe la explicación, lo que me recuerda a la atención que presta un niño, cuando las personas mayores, con mucho encanto, le cuenta una historia que tiene visos de realidad, ya que este abre la boca y los ojos, y no mueve un músculo de su cuerpo, esperando participar en la explicación. Ante esa historia, no se le puede decir al niño que la explicación puede ser ficticia y que solamente ha sido un paso para buscar otra solución, que siendo similar a la que escuchada y con ligeras matizaciones, nos lleve a encontrar aquella que coincida en plenitud con la realidad.
Está motivado el que haga este comentario, porque pienso que hay otras explicaciones, sin contradecir lo establecido, solamente con admitir distintos variaciones de los conceptos de los fenómenos físicos que observamos, y ellos nos pueden llevar al mundo real verdadero.
Mi planteamiento, es la existencia del flujo magnético en todo el Universo, pues en cualquier punto de nuestro mundo, se puede producir campo magnético. Además, hay que considerar que en él medio existen remolinos potenciales, cuya estructura está formada por un hilo cerrado, constituido por líneas de flujo magnético, que impulsan fluido a través del hilo, entonces, tendremos a través de la Mecánica de Fluidos la concepción adecuada para estudiar el Universo. Los remolinos dependiendo de su estado de formación y su energía, dan lugar, a lo que llamamos en Física Teórica, partículas elementales. La asociación de todas estas partículas, formarán el mundo que observamos.
A lo largo de los hilos se mueven las partículas, que son parte de las que forman el fluido, y dan lugar a los momentos intrínseco de los remolinos, que es a lo que llamamos espín. Estudiando la estabilidad de los remolinos, se demuestra que solamente hay dos tipos estables, los de espín entero y los de espín semientero, los primeros se desplazan en función de la agitación del medio y los segundos según su cantidad de movimiento, a la vez que estos últimos pueden retener partículas del medio, dando lugar a la masa, que es muy superior a la del hilo del remolino.
Con esta forma de pensar, no necesitamos el bosón de Higgs para explicar la aparición de masa, pues cuando se producen choques entre partículas, se desintegran alguna y se forman otras, entonces, según la orientación del flujo inducido por el hilo del remolino, los momentos intrínsecos y energia que posea y su momento cinético en las nuevas partículas, darán lugar a la masa o antimateria que decimos que tienen las partículas.
Como un vector tiene tres componentes en el espacio métrico, tomando como referencia el centro del remolino, por ser su hilo toroidal, tendrá un eje de rotación, sobre el que podemos considerar una componente de las tres que posee el espín y las otras dos en el plano de simetría normal al eje. Sucede, que los de espín entero, solamente tienen dos componentes iguales en magnitud, una en el eje y la otra sobre el plano. Los de espín simientero, la magnitud de las tres componentes son iguales y de valor absoluto es la mitad de las de espín entero. Ante este planteamiento, podemos hacer la consideración de asociar dos remolinos de espín semientero, con una de las componentes en distinto sentido y tener las otras dos del mismo sentido, el resultado de esta asociación sería una partícula de espín entero que puede tener masa. Así nos aparecen los mesones.
Pero no es solamente la interpretación que hemos hecho, la que le podemos dar a la descomposición del espín de un remolino. Puede suceder que hagamos una hipotética hipótesis de descomposición de su espín, la cual, no tiene porqué coincidir con remolinos reales, pero sí puede suceder que la reunión de tres de estos tipos de remolino que hemos considerado irreales, den lugar a un barión o de dos a un mesón. A estos remolino hipotéticos, que tienen espín, carga eléctrica, numero bariónico, extrañeza y encanto, que coinciden con lo que se llama en le teoría de partículas quark o antiquark, nos permiten seguir estudiando los fenómenos físicos a través de ellos, pero bien entendido que no son estables y se produjese su creación, en el mismo momento de ella se desintegran el quark, sino se asociado con otros, para formar una partícula estable.
Podemos seguir explicando fenómenos físicos, así, la carga eléctrica aparecerá cuando el remolino potencial, produce rotaciones en el medio y campo magnético cuando produce desplazamiento. Se demuestra que el electromagnetismo es una rama de la Mecánica de Fluido. La gravedad aparece
porqué en un medio en agitación, la masa tiende a desplazarse hacia el centro de masa.
Siento hacerte perder tu tiempo, pues se que no eres partidario de mis planteamientos en los problemas que tiene en estudio la Física Teórica, pero es tan fácil llegar a concebir la solución de ellos, que no me resisto a estar callado. Espero sepas perdonar mi intromisión en tu blog. Un saludo afectuoso Claudio