Unificación de la Mecánica Cuántica y la Relatividad General

El Universo de ondas cuánticas de Milo Wolff dice superar las dificultades y las paradojas de la Teoría Cuántica convencional y la Relatividad General, lo cual tendría aplicaciones en electrónica y Cosmología , dice la Dra. Mae-Wan Ho.

Por la Dra. Mae-Wan Ho

Science in Society

Teoría de la estructura ondulatoria de la materia

Milo Wolff (ya retirado), físico matemático de origen estadounidense y experto en software informático, ha tenido una trayectoria muy diversa (1). Ha desempeñado algunas cátedras en el Lejano Oriente, en el Instituto de Tecnología de Massachusets (MIT) e intervenido en el desarrollo de los sistemas de navegación de los cohetes Apollo. Pero su fama le viene sobre todo por la teoría de la estructura ondulatoria de la materia, según la cual el electrón estaría representado por dos ondas cuánticas esféricas, una moviéndose radialmente hacia afuera y la otra moviéndose radialmente hacia dentro, dando lugar a ondas estacionarias, en cuyo centro se encontraría nominalmente la partícula, el electrón. Estas ondas cuánticas se extienden por todo el Universo; todas las ondas se mezclan e interfieren entre sí. Esta representación es capaz de superar las grandes paradojas y dificultades de la Teoría Cuántica convencional y de la Relatividad General (2,3).

Antecedentes

El físico y filósofo austríaco Ernst Mach (1838-1916) propuso en 1883 que la Ley de la Inercia dependía de toda la materia del Universo (4):

“La inercia de cualquier sistema es el resultado de su interacción con el resto del Universo. En otras palabras, cada partícula del universo ejerce una influencia sobre todas las demás partículas… Cuando el metro se detiene bruscamente, son las estrellas fijas las que tiran bruscamente hacia abajo”.

Esto se conoce como el principio de Mach.

– Formación de Ondas Estacionarias – Representan las Ondas como Transversales, como ondas en el agua, ondas en una cuerda – algo engañoso comparado con las ondas reales en el espacio (fuente: Gabriel LaFrenière )

La Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein estuvo influenciada por el principio de Mach (5,6), aunque no se incluye en la teoría. La razón estriba en los fundamentos mismos de la Física Clásica.

Los fundamentos de la Física Clásica se derivan de las ecuaciones del físico matemático escocés James Clerk Maxwell (1831-1879), que representa la materia como cargas puntuales y ondas electromagnéticas. El físico teórico inglés Paul Dirac (1902-1984) nunca aceptó la idea de las partículas puntuales porque la Ley de fuerzas de Coulomb tendría que ser corregida mediante renormalización (7):

“No estaríamos aplicando las matemáticas de una manera sensata. Utilizar las matemáticas de manera sensata implica un cierto descuido hacia las cantidades excesivamente pequeñas, pero no cuando se rechazan cantidades infinitamente grandes”.

El físico cuántico austríaco Erwin Shrörinder (i887-1961) también propuso que se eliminasen las partículas puntuales considerando una estructura de onda cuántica (8):

“Lo que observamos como cuerpos y fuerzas materiales no serían más que formas y variaciones en la estructura del espacio”.

En 1928, Dirac buscaba una conexión entre la conservación de la energía dada por la fórmula E2 = p2c2 + m02c4 y la teoría cuántica de Shrödinger. Escribió:

“La nueva mecánica cuántica, cuando se aplica al problema de la estructura del átomo y se consideran los electrones como una carga puntual, no se obtienen unos resultados que concuerden con la experimentación”.

Utilizó el concepto de spin, que había sido introducido previamente por otros, entre ellos el físico teórico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958), que terminó diciendo que la ecuación de Dirac produce unos resultados experimentales correctos, pero que la magnitud del spin (momento angular orbital) no sería una constante (9,10).

Los físicos teóricos estadounidenses John Archibald Wheeler (1911-2008) y Richard Feynman (1918-1988) trataron de abordar el mismo problema modelando el electrón como ondas esféricas hacia dentro y hacia fuera para explicar las fuerzas de radiación, pero fallaron porque no hay soluciones esféricas en las ecuaciones vectoriales de ondas electromagnéticas.

Sustitución de las partículas puntuales y ondas electromagnéticas vectoriales por ondas esféricas cuánticas

La estructura de onda de Milo Wolff (2,3) sustituye las partículas puntuales y las ondas electromagnéticas por ondas cuánticas escalares esféricas de entrada y salida (en oposición a las ondas electromagnéticas vectoriales de Wheeler y Feynman). Esta estructura de onda cuántica para el electrón posee todas las propiedades experimentales del electrón y elimina las paradojas de la Mecánica Cuántica y la Cosmología. La no consideración del electrón como una partícula material también elimina la interpretación probabilística de las funciones de onda, es decir, “Dios no juega a los dados”, como dijo Einstein.

Hay dos soluciones de ondas esféricas:

Onda de salida Øout = (1/r) Øo eiwt–kr                                  (1a)

Onda de entrada Øin  = (1/r) Øo eiwt+kr                                  (1b)

Donde Ø es una amplitud de onda escalar; w la frecuencia 2pmc2/h, k es el número de onda; r es el radio del centro de onda. Estas dos ondas se pueden combinar en sólo dos formas que se convierten en las estructuras del electrón-positrón.

Electrón Øin – Øout + CW spin                                   (2a)

Positrón Øout – Øin + CCW spin                                (2b)

CW (en sentido horario) y CCW (en sentido contrario a las agujas del reloj) son operadores de rotación (spin) de las ondas en el centro. Cada par de ondas contiene una onda interna que gira dos veces en el centro convirtiéndose en una onda saliente [Figura 1] (3). La razón de esto es que las ondas esféricas deben cambiar continua y suavemente la amplitud cuando cambia la dirección del movimiento sin retorcer el espacio, y sólo hay una manera de hacerlo, con la rotación CW o CCW.

Se ha demostrado (12) que en la rotación esférica, el espacio vuelve a su estado inicial después de dos vueltas, y cualquier oscilador exponencial eiwt  es un spinor. En una rotación esférica no hay un eje fijo. La simetría esférica se conserva porque el centro de rotación es un punto. Es significativo que sólo el espacio tridimensional tenga esta propiedad única. Wolff se dio cuenta de que las ondas exponenciales de entrada-salida eran los spinors físicos reales que satisfacían la ecuación de Dirac. La rotación e inversión de la amplitud de onda hacia dentro en el centro puede representarse por el álgebra del spinor de Dirac. Un sentido de rotación produce el electrón, el otro, el positrón. Esta es la razón por la que cada partícula cargada tiene una antipartícula. Los dos giros de la onda en cada ciclo produce un momento angular de + h/4p, el resultado de Dirac. Tanto la amplitud como la dirección de las ondas son exactamente opuestas en el electrón y el positrón, razón por la cual su superposición produce experimentalmente su neutralización.

Onda entrante + onda saliente = onda estacionaria

(fuente: Gabriel LaFrenière )

Figura 1.– Las ondas esféricas del electrón y del positrón

Las ondas esféricas de un electrón inicial se encuentran con las ondas de otros electrones. En cada encuentro, una señal del electrón inicial se transfiere a las ondas de salida de otros electrones. Las ondas generadas se convierten en una combinación de Huygens (un solo frente de onda) para la entrada de onda del electrón inicial. Esta entremezcla de ondas hace que cada partícula sea un holograma tridimensional de todos los demás en el Universo (2) [Figura 2]

Figura 2: Formación de ondas cuánticas
en sucesivas oleadas

Intercambio de energía a través de las ondas cuánticas y acción a distancia

La transferencia de energía carece de un mecanismo en el marco clásico. Woff (13) amplió el principio de Mach para calcular la densidad del medio de onda como la suma de las ondas de cada partícula (1080) en nuestro universo, teniendo en cuenta la ley del cuadrado inversamente proporcional a la distancia. A partir de la densidad del medio, la amplitud de las ondas y el movimiento de cada partícula pueden calcularse porque la velocidad de onda c está determinada por la densidad del espacio. La transferencia de energía llevada a cabo por las ondas cuánticas del electrón a la velocidad c es percibida por nosotros como ondas de luz.

El principio de Mach fue criticado porque parecía requerir de una acción instantánea a distancia. La respuesta es que el intercambio de energía debido a las ondas cuánticas se está produciendo continuamente en el espacio vacío. Esa es la base de la acción instantánea a distancia. La inercia es una interacción entre un objeto acelerado y su espacio circundante. La densidad del espacio determina la forma de la materia (centros de ondas), y a la inversa, cada centro de onda (materia) contribuye a la densidad del espacio del universo [“El espacio le indica a las ondas cómo comportarse y las ondas le dicen al espacio lo que es”. ] Esto es esencialmente el mismo bucle de retroalimentación que está implícito en la Relatividad General de Einstein.

Wolff (13) también derivó una relación entre el radio efectivo r del electrón, el radio R del Universo de Hubble (en expansión) y el número de partículas N del Universo, lo que se ha denominado Ecuación del Cosmos.

r2 = R2/(3N)

El valor de r corresponde a la estimación clásica del radio del electrón ~10-15 m. Las ondas de un electrón tienen una densidad de onda máxima finita en el centro, eliminando así la necesidad de una renormalización, algo que inquietaba a Dirac, Feynman y otros.

Leyes naturales

Wolff proporciona un resumen de las leyes naturales que pueden derivarse de la estructura del electrón en las ecuaciones (2a, 2b) (3), algunas de las cuales ya se han mencionado.

a.- El efecto Doppler entre dos estructuras de onda que se mueven una en relación a la otra, el observador y la fuente, se puede deducir utilizando las matemáticas de Doppler. Se calcula escribiendo dos ondas con las ecuaciones (2a, 2b) para dos electrones relativamente móviles. El efecto Doppler se inserta tanto en las ondas que entran como en las que salen. Entonces uno se encuentra que por el efecto Doppler resultante de cada una de las ondas, que contienen la masa y la frecuencia, se produce un factor de incremento de masas relativista (que tendrá aplicación en la nueva cosmología). La longitud de onda Doppler se obtiene mediante la fórmula de Broglie l = h/p y la velocidad de la fase contiene la longitud de onda de Compton l = h/mc. No parece existir ninguna dependencia de la dirección de la velocidad relativa, como se observa experimentalmente, y no había ninguna explicación teórica antes de la estructura de onda de la materia de Wolf. Como la onda que entra y la que sale tienen papeles simétricos en el efecto Doppler, no puede haber ninguna dependencia respecto de la dirección.

b.– Las ondas de electrones y positrones se aniquilan cuando se superponen.

c.- El spin de h/4p debe dar una doble rotación en el centro de la onda de entrada para convertirse en la onda de salida.

d.– La conservación de la energía, porque sólo los estados idénticos de onda pueden resonar entre sí, produciendo cambios de frecuencia iguales y opuestos (energía).

e.– Las interacciones de la fuerza eléctrica parecen producirse (como propone Schröringer) en los centros de alta densidad y los centros de onda aparecen como cargas puntuales.

f.- La gravedad se produciría del siguiente modo: la onda entrante que llega al centro establece la posición y el movimiento de una partícula. La materia cercana modifica la densidad del medio circundante. El cambio de densidad del medio cambia el movimiento de la onda, moviendo la partícula hacia la materia, apareciendo la gravedad y otras fuerzas.

g.- La carga, la paridad y la invarianza del tiempo de transformación de un electrón , algo conocido en la Mecánica Cuántica desde hace muchos años, y que se encuentran en las ecuaciones (2a, 2b).

h.- La inercia aparece por la aceleración de la materia que cambia su frecuencia Doppler en relación al medio de onda. La restauración del equilibrio de la frecuencia produce intercambios de energía con el medio, que se muestra como una fuerza local F = ma. El intercambio total de energía seguirá la regla relativista (a) anterior, la cual a pequeña velocidad se convierte en la familiar energía cinética E = ½ mv2.

Aplicaciones

La consecuencia electromagnética de la estructura ondulatoria de la materia de Wolff fue investigada por Carver Mead, un ingeniero del Instituto de Tecnología de California, en su premiado libro Colectiva Electrodinámica [14]. Este libro se ha hecho muy popular en Silicon Valley porque muestra las formas correctas de resolver el electromagnetismo de los circuitos de transistores, reemplazando las ecuaciones de Maxwell. Es muy probable que tenga otras aplicaciones adicionales en el diseño de microprocesadores y en microelectrónica.

Otra área donde la naturaleza Machiana de la teoría de Wolff y la masa relativista puede encontrar importantes aplicaciones es la Cosmología, especialmente en el desplazamiento intrínseco hacia el rojo de los quásares [15] (La Teoría de los Quásares de Halton Arp revisada, y otros artículos de la serie).

Referencias

1. Biography of mathematical physicist Dr Milo Wolff. On Truth and Reality, accessed 27 February 2016, http://www.spaceandmotion.com/Wolff-Biography.htm
2. Wolff M. Spin, the origin of the natural laws, and the binary universe. California Section of the American Physical Society, 30 March 2001, University of California, Irvine, California.
3. Wolff M. and Haselhurst G. Light and the Electron – Einstein’s last question. Presentation at meeting “Beyond Einstein”, Stanford University, 2004.
4. Mach E. The Science of Mechanics, Open Court, London, 1960.
5. Einstein A. The Meaning of Relativity, Princeton University Press, Princeton, 1955.
6. Lichtenegger H and Mashhoon B. Mach’s Principle. arXiv:physics/0407078v2 [physics.hist-ph] 31 Mar 2008
7. Dirac P. Quantum electrodynamics. Nature 1937, 174, 321.
8. Schrödinger E. In Schrödinger – Life and Thought, Cambridge University Press, p. 327, 1989.
9. Dirac PAM. The quantum theory of the electron. Proc Roy Soc A 1928, 117, 610-23.
10. Dirac PAM. The quantum theory of the electron. Part II. Proc Roy Soc A 1928, 118, 351-61.
11. Wheeler JA and Feynman R. Interaction with the absorber as the mechanism of radiation. Rev Mod Phy 1945, 17, 157-181.
12. Battey-Pratt E and Racey T. Geometric model of fundamental particles. Int J Theor Phys 1980, 19, 437-75.
13. Wolff M. Fundamental laws, microphysics and cosmology. Physics Essays 1993, 6, 181-203.
14. Mead C. Collective Electrodynamics, MIT Press, Mass, 2002.
15. Ho MW. Halton Arp’s theory of quasars re-visited..

Fuente:https://elmundodeloslocos.wordpress.com/2017/03/05/unificacion-de-la-mecanica-cuantica-y-la-relatividad-general/

«Estamos al principio de algo que ni siquiera podemos imaginar»

Entrevista con Guido Tonelli, físico experimental del CERN

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Guido Tonelli, físico de la Organización Europea para la Investigación Nuclear - ABC

JOSÉ MANUEL NIEVES Madrid10/02/2017 17:57h - Actualizado: 13/02/2017 16:20h.Guardado en: Sociedad

Guido Tonelli es un hombre afortunado. De hecho, son muy pocos los científicos que consiguen saborear, en vida, los frutos de décadas de trabajo y esfuerzo.

Físico experimental en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), llevaba más de veinte años intentando «cazar» al esquivo bosón de Higgs, la última partícula prevista por el Modelo Estándar, y además la responsable de que el resto de las partículas tengan masa, lo que hace posible la existencia de materia estable en el Universo.

Como director del experimento CMS en el gran acelerador de partículas LHC, (el mayor del mundo, con una circunferencia de 27 km.), Tonelli vivió minuto a minuto las emociones de uno de los mayores hallazgos de la Física de este siglo.

Hombre tranquilo y sencillo, habla con seguridad y con una claridad cristalina de las cuestiones más complejas a las que se enfrenta la Física actual. Una claridad que también está presente en su libro «El nacimiento imperfecto de las cosas», la apasionante historia del descubrimiento del Higgs, contada en primera persona y que se ha convertido ya en un éxito editorial en Italia.

Para presentar su libro en España (editado por Lince) Guido Tonelli ha pasado unos días en Madrid. Y aquí, en la capital española y ante un buen plato de «spaguetti carbonara al tartufo», el célebre investigador mantuvo una larga conversación con ABC.

¿Qué recuerda usted del 4 de julio de 2012, día en que se anunció el hallazgo del bosón de Higgs?

Como responsable del experimento CMS, ese día estuve allí, en el CERN, disfrutando del anuncio sentado en primera fila, junto a Peter Higgs y a Fabiola Gianotti, que dirigía el experimento ATLAS. Yo llevaba desde finales de la pasada década de los ochenta tratando de encontrar el Higgs, y por eso ese día fue muy especial. Pero para mi, la emoción más grande no fue la de aquél día. El 12 de julio anunciábamos oficialmente el descubrimiento, y fue un momento muy emotivo, Peter Higgs no podía contener las lágrimas… Pero lo mejor, para mí, fue unos meses antes, cuando empezamos a ver los primeros signos de que por fin lo habíamos cazado. Aquella si que fue una emoción indescriptible.

¿Podría, a pesar de todo, tratar de describirla?

Para un científico que ha dedicado veinte años de su vida a este sueño, superando las crisis más terribles, la construcción de la máquina, los fallos, los parones, las dudas… Después de tantos años persiguiendo ese sueño, llegas a pensar que nunca va a poder realizarse. Sigues convencido, y trabajando duro, pero terminas pensando que nunca conseguirás reunir las pruebas necesarias. Yo dirigía los trabajos en el experimento CMS, uno de los cuatro grandes detectores del LHC, y hacia noviembre y diciembre de 2011, meses antes del anuncio oficial, empezamos a ver los primeros signos que lo delataban. Me reunía diariamente con el equipo para hablar de cómo iba la investigación, y recuerdo que el día de mi cumpleaños, el 8 de noviembre, dos grupos independientes del CMS, que generalmente no hablan entre sí, detectaron, cada uno por su cuenta y con métodos y tecnologías diferentes, un extraño pico en los datos. Nos miramos a los ojos y no podíamos creer que fuera verdad. Aún hoy se me pone la piel de gallina al recordarlo… Fue el mejor de los regalos de cumpleaños.

¿Qué hizo entonces?

Decir al equipo que intentaran destruir esa señal. Es decir, que buscaran la forma de invalidarla, que trataran de explicarla de cualquier otro modo… Los cientos de personas que trabajamos en el CMS pasamos varias semanas tratando de buscar un error o una explicación alternativa, o algo que no encajara. Piense que yo tenía la obligación de comunicar el hallazgo, e imagine lo que habría pasado si después de hacerlo se hubiera comprobado que se trataba de una simple fluctuación estadística…

¿Qué pasó luego?

Fabiola (Gianotti), en el experimento Atlas, también había detectado algo. Hablamos, comparamos, discutimos… y el 13 de diciembre de 2011, después de un mes entero tratando, sin éxito, de invalidar la señal que habíamos detectado, comparecimos juntos en un seminario interno del CERN, para anunciar que habíamos visto “algo”. Dentro de nosotros, sabíamos que era el Higgs, pero no podíamos decirlo aún públicamente por miedo a que se nos hubiera escapado algo y no se tratara más que de un error. Desde el punto de vista científico, la fecha oficial del anuncio fue la del 4 de julio de 2012, y la confirmación definitiva el día 9 de ese mismo mes.

¿Qué les dijo Peter Higgs cuando se lo comunicaron? ¿Sigue él en activo de alguna forma, pese a su edad?

No, la historia de Peter Higgs es complicada, y hace ya muchos años que dejó la actividad científica por motivos de salud. Yo tenía contacto con otro de los miembros del equipo que postuló el Higgs en 1964, Francoise Englert, que a pesar de sus 82 años se mantiene aún muy activo. A primeros de diciembre, con los primeros resultados, yo les llamé y les dije que habíamos encontrado algo, y que estuvieran preparados para el verano. Englert me dijo que en verano tenía pensado viajar a Estados Unidos y le pedí que no lo hiciera. Piense que los cinco físicos que formularon el Higgs tienen ya edades muy avanzadas. Robert Brout, por ejemplo, no llegó a verlo, porque murió en 2011… Y los demás tenían miedo de no llegar vivos hasta el verano. Fue una aventura humana, además de científica, realmente increíble.

Muchos científicos dedican su vida a investigaciones cuyos frutos no llegan a conocer. No puedo dejar de pensar que el propio Peter Higgs podría no haber sido testigo del descubrimiento del bosón que lleva su nombre…

Si, eso es algo que sucede muy a menudo. Pasas la vida tratando de demostrar algo y te mueres antes de que se consiga, sin saber siquiera si tenías razón. Admito que yo, en eso, he sido muy afortunado, porque no es corriente poder saborear los frutos de una investigación de varias décadas. Ahora estamos al principio de algo que ni siquiera podemos imaginar.

¿Quién fue, aquél 8 de noviembre de 2011, la primera persona fuera de su laboratorio a la que le contó algo?

Fue a mi mujer. Ella no sabe nada de física, pero entendió la importancia de lo que habíamos conseguido. Después de 20 años de continuas ausencias de casa, de trabajar día y noche… Me sentí en la obligación de decirle que todos esos años de esfuerzos y de sacrificios quizá, solo quizá, habían valido la pena. Estaba feliz, y lo primero que me dijo fue que a ver si ahora que ya lo habíamos descubierto pasaba algo más de tiempo en casa… De alguna forma, ella también había participado en toda esta historia.

¿Con quién más compartió el hallazgo?

La segunda persona a la que se lo conté fue a mi padre. El destino quiso que apenas una semana antes del seminario interno en el que Fabiola y yo hablamos de los primeros signos del Higgs, ingresaran a mi padre en urgencias. Se moría. Justo en esa semana tan llena de emociones maravillosas, me encontré también con una de las situaciones más dolorosas de la vida. Me avisaron a las dos de la madrugada de su ingreso, y no sabían si llegaría a la mañana siguiente. Cogí el coche y conduje a toda prisa los más de 500 km. que hay entre Ginebra y La Spezia, donde vivía mi padre, y cuando llegué lo encontré en coma y fuertemente medicado. Me acerqué a él y le cogí la mano. No sabía si me escuchaba, ni qué decirle, pero empecé a hablar con él, y a contarle lo que estaba pasando, lo nervioso que estaba por el seminario, la posibilidad de haber encontrado algo… Y de pronto me di cuenta de que estaba asintiendo con la cabeza, de que nos estábamos comunicando. Fueron apenas un par de minutos… Le dije, “papá, ¿me estás oyendo?”, y me dijo que sí. Le pregunté si tenía frío, y respondió que no. Comprendí que me estaba oyendo… Después los médicos dijeron que es posible que fuera en un momento en que el efecto de la medicación estaba bajando. De forma que tuve la oportunidad de contarle a mi padre todo lo que estaba ocurriendo, justo antes de su muerte. Fue un regalo maravilloso.

Desde el anuncio oficial del descubrimiento han pasado ya casi cinco años. ¿Qué ha cambiado en este tiempo?

Todo. Ha cambiado todo. Ha cambiado nuestra visión del mundo, y aún sigue cambiando en estos momentos. Aún no se muy bien cuando terminará este reajuste de las perspectivas, ni lo que vendrá después.

Algunos científicos piensan que lo mejor habría sido no descubrir el Higgs…

Si, hay muchos que creen que lo mejor habría sido no encontrar nada, porque eso habría obligado a formular una nueva teoría. Pero yo no estoy del todo de acuerdo con eso. Ahora podemos describir el mecanismo gracias al cual las partículas han adquirido su masa, y podemos contar a cualquier estudiante la razón de que la materia tenga la consistencia que tiene. Podría haber muchas formas distintas de materia. Podría haber surgido un Universo en el que la materia habría existido también, pero en formas que no permiten su estabilidad. Pero en nuestro Universo todo sucedió exactamente de la forma que permite que exista materia sólida estable. Por eso estamos aquí. Y ahora podemos explicar exactamente cómo sucedió. Esta historia, que ahora parece muy complicada, pronto formará parte de la cultura general de todas las personas, como sucede con la teoría del Big Bang, que al principio muy pocos conocían y que ahora casi cualquiera puede explicar.

Además de eso, el hallazgo del Higgs completa el Modelo Estándar de la Física y confirma su validez.

Si. Lo más bonito, desde mi punto de vista, son las implicaciones que tiene el bosón de Higgs como instrumento de conocimiento. Ahora que lo hemos descubierto, ¿qué podemos aprender de él?. Por ejemplo, aunque el Modelo Estándar ya esté completo, sabemos que no puede explicar ciertos fenómenos que resultan muy embarazosos para nosotros, como la materia oscura, la inflación, la asimetría entre materia y antimateria… De modo que muy pronto, en cuanto algún joven brillante descubra una nueva partícula o formule alguna teoría nueva, tiraremos el Modelo Estándar a la basura. Podríamos decir que tras el hallazgo del Higgs se ha terminado un ciclo de conocimiento, y ahora nos enfrentamos a lo desconocido. Algunos de mis colegas reaccionan a esto deprimiéndose, porque estábamos acostumbrados a seguir una guía teórica, el Modelo Estándar, que preveía la existencia de todas las partículas que hemos ido encontrando en las últimas décadas, incluido el Higgs. Cada nuevo descubrimiento confirmaba las predicciones del Modelo Estándar, hasta que encontramos también la última partícula que faltaba para completarlo, el bosón de Higgs. Pero al mismo tiempo, el modelo no es tan bueno, porque hay muchas cosas que no consigue explicar. Por eso, antes o después, pasará algo parecido a lo que sucedió con la teoría de Newton, que lo explicaba todo excepto un pequeño detalle que tenía que ver con el movimiento de Mercurio. A nadie le importaba que no pudiera explicarse el movimiento de Mercurio, a nadie excepto a un tipo llamado Einstein, que se empeñó en comprender lo que pasaba. Y así nació la Relatividad General. Ahora, ocurre lo mismo. Está claro que la nueva teoría no desmentirá al Modelo Estándar, igual que la Relatividad no desmintió a las leyes de Newton, pero será algo totalmente nuevo y revolucionario.

¿Pueden ocupar ese lugar ideas como la teoría de cuerdas o la Supersimetría?

Usted lo ha dicho, son ideas, conjeturas, muy consistentes pero que aún no han podido ser verificadas experimentalmente. No hemos encontrado aún pruebas que confirmen su validez. Podría ser que para encontrarlas necesitemos aceleradores mucho más potentes. El LHC llega a una energía de 13 TeV (teraelectronvoltios), pero quién nos dice que la Naturaleza ha decidido, por ejemplo, que no hay nada nuevo entre los 15 y los 100 TeV, y que estamos entrando en un desierto en el que no ocurrirá nada hasta que seamos capaces de construir máquinas que alcancen esa potencia? Puede que nos falten décadas para el próximo gran descubrimiento, o puede que lo hagamos el mes que viene. No tenemos forma de saberlo.

¿Cómo reaccionan los físicos ante esta situación de incertidumbre?

Como le decía, estamos divididos en dos. Una parte de ellos piensa: “Dios mío, ¿cómo vamos a hacer ahora, sin una guía como lo fue el Modelo Estándar, que nos diga lo que tenemos que buscar?”. Están perdidos, como un niño acostumbrado a la seguridad que le dan sus padres y que de pronto se encuentra solo en el mundo. El otro grupo, al que yo pertenezco, estamos realmente excitados ante esta situación de incertidumbre y en la que todo es posible. Como científicos, sabemos que antes o después sucederá algo que lo cambiará todo. No sabemos cuándo, ni cómo, ni en qué área de la Ciencia se va a dar ese hallazgo, pero habrá un momento en el que esa nueva teoría surgirá y tengamos que comenzar de nuevo.

Lo cual nos lleva a la próxima generación de aceleradores. Hasta ahora, esas máquinas se diseñaban de una forma concreta y con objetivos concretos, pero ahora ya no es posible seguir haciendo eso…

Hay cosas concretas que sabemos que hay que medir, y que sin nuevos aceleradores más potentes no será posible hacer. Tenemos que hilar más fino dentro del propio Modelo Estándar, dotarlo de una mayor precisión. Para ello podemos usar la fuerza bruta, aumentando la energía de colisión y observando lo que sucede. Por ahora, en el LHC no hemos visto nuevas partículas muy masivas, como deberían ser las supuestas partículas súper simétricas previstas por la teoría SUSY, y puede que nunca lleguemos a verlas. Entonces construiremos una máquina nueva capaz de explorar regiones energéticas que antes no estaban a nuestro alcance. Con un acelerador de 100 TeV (el actual LHC llega a 13 TeV) puede que aparezcan las primeras partículas súper simétricas. O puede que no. Esa es la parte mas arriesgada y difícil. Pero hay otra parte más fácil. Y es que sabemos con certeza que con una nueva máquina de esa potencia, podremos producir con facilidad no uno, sino cientos de millones de bosones de Higgs, y estudiar así al detalle todas sus características, que hoy no conocemos. Comprender si hay más de un tipo, si se trata de una partícula elemental o si por el contrario tiene una estructura interna… Es decir, hay cosas que sabemos que hay que hacer, pero no podemos garantizar ningún descubrimiento.

Imaginemos que, por ejemplo, no hay ningún descubrimiento nuevo en toda una década. Seguiría estando garantizada la financiación del CERN?

Esto es como la exploración espacial. Cuando se construye un nuevo telescopio, como el James Webb, que va a sustituir al Hubble y que cuesta 23.000 millones de dólares, nadie sabe a ciencia cierta lo que podrá descubrir. Ya pasó con el Hubble, que ha ido mucho más allá de lo que sus constructores habían previsto. Estamos hablando de exploración, y hay que aceptar los riesgos que eso conlleva. Seguro que encontraremos cosas nuevas, pero no podemos garantizarlo. Europa es líder en este campo y debe seguir siéndolo. Cuando yo estudiaba, me tenía que ir a Estados Unidos para aprender física de partículas. Ahora hay 1.500 físicos norteamericanos trabajando en el CERN.

Aunque sea difícil predecirlo, ¿Cuál será, en su opinión, el próximo gran descubrimiento?

Personalmente, me intriga mucho la materia oscura, y sería todo un sueño poder encontrarla en el LHC. Aunque en teoría es posible, si lo consiguiéramos sería un triunfo enorme. Es como buscar algo en el lecho de un río, hay que mirar debajo de cada piedra. Pero algo más intrigante todavía ha llegado tras el hallazgo de las ondas gravitacionales. Si se consiguiera mejorar la sensibilidad de los interferómetros y hacerlos mil veces mejor que los actuales, cosa que será posible en las próximas dos décadas, lograremos detectar las ondas gravitacionales primordiales, las que generó el Big Bang. Me vuelve loco la idea de que a nuestro alrededor todo el espacio sigue aún vibrando debido a aquella explosión inicial. Y el que logre detectar esta sutil y casi imperceptible vibración podrá contarnos mil cosas nuevas sobre el Universo, y quizá resolver alguno de los misterios que aún nos quedan por comprender.

¿Cómo cuáles?

Por ejemplo, existe a posibilidad de que el bosón de Higgs sea el inflatón, la partícula escalar responsable de la inflación, una fase fundamental del nacimiento del Universo. Pero no tenemos datos experimentales que sostengan esa idea, no podemos demostrarlo. Esos datos, sin embargo, podrían llegar de un análisis más detallado de la radiación cósmica de fondo, el “eco” que aún queda del Big Bang. Si se encontraran también las ondas gravitacionales del Big Bang, tendríamos dos aproximaciones diferentes, y quizá podríamos saber si el bosón de Higgs, o un pariente cercano, tuvo que ver en el proceso.

Materia oscura, inflación… ¿Qué hay del problema de la antimateria?

Esa es otra de las cuestiones más interesantes. Pensamos que al principio del Universo surgió la misma cantidad de materia que de antimateria, algo necesario para que la energía total siga siendo cero, pero todo lo que observamos a nuestro alrededor está hecho de materia. ¿Dónde está la antimateria que falta? ¿Cómo se puede explicar este desequilibrio? Hay dos líneas de investigación en curso. La primera busca directamente fuentes de antimateria en el espacio, partículas, estrellas o incluso galaxias enteras hechas de antimateria. Y por ahora no se ha encontrado nada. La segunda trata de localizar alguna pequeña asimetría en la desintegración de la antimateria que pudiera favorecer la sobreabundancia de la materia ordinaria. Hemos encontrado, de hecho, algunas de esas asimetrías, pero son demasiado pequeñas como para explicar la desaparición de la antimateria del Universo. Pero con el hallazgo del Higgs en 2012 ha surgido una nueva posibilidad.

¿Y cuál es esa posibilidad?

Para comprenderlo hay que volver al origen del Universo, hasta apenas una centésima de una milmillonésima de segundo después del Big Bang. Ha sucedido la inflación, el Universo se enfría y el bosón de Higgs, que ya no puede vivir en libertad, cristaliza, se hace material, forma el campo escalar que da masa a todo el resto y el Universo empieza a convertirse en lo que es hoy. Algunos piensan que el misterio de la antimateria podría estar oculto precisamente allí, en ese instante. Justo después de la inflación, el Universo ha pasado de ser un simple punto a tener un volumen de 10 elevado a 25 cm. Mil veces más pequeño de lo que es ahora, pero ya muy grande. Se trata de un vacío lleno de partículas que aún no tienen masa. Pero entonces el Higgs cristaliza y empieza a conferir masa a todas las partículas. El proceso no es instantáneo, ni se produce en todas partes a la vez. Podríamos imaginarlo como pequeñas burbujas que van surgiendo aquí y allá y en las que el Higgs cristaliza y va dotando de masa a las partículas. Pequeñas burbujas en medio de un enorme vacío. Burbujas que se multiplican, se fusionan y al final llegan a ocuparlo todo. La discusión científica está en determinar si esa transición de fase se produjo de forma rápida, o si por el contrario fue lenta y gradual. Si fue rápida, podría suceder que en las superficies de todas esas burbujas, donde el Higgs está dando masa a las partículas, el bosón tenga una ligera preferencia por la materia ordinaria. Si así fuera, esa pequeña asimetría se habría generalizado y habría dado lugar, después, a una prevalencia de la materia sobre la antimateria. Pero si por el contrario la transición de fase fue lenta, entonces esa preferencia no habría tenido efecto, porque habría habido tiempo suficiente para que se corrigiera. Averiguar cuál de las dos posibilidades es la correcta es una de las tareas para el próximo acelerador de 100 Km (el actual tiene 27) que sustituirá al LHC en el futuro. Con el acelerador actual no tenemos energía suficiente para “descongelar” el Higgs. Disponemos justo de la cantidad necesaria para que se manifieste. Pero con el próximo acelerador, podremos “descongelar” al Higgs, llevarlo fuera de su equilibrio, y dejar después que vuelva a congelarse para ver cómo lo hace. Así averiguaremos si, efectivamente, muestra alguna preferencia por la materia sobre la antimateria. Al principio de la entrevista, me preguntaba usted qué había cambiado. Este es un ejemplo. Hace solo cinco años una discusión como esta era absolutamente impensable.

¿En qué trabaja actualmente?

Sigo en el CMS, aunque ya no soy el responsable del experimento. Lo que hacemos es “pulir” el bosón de Higgs, afinar los cálculos, perfeccionar lo que sabemos sobre él y determinar, como le he explicado, qué nuevos conocimientos vamos a poder conseguir tras su descubrimiento. Cuando era responsable del CMS, mi vida era infernal. Tenía que estar siempre pendiente de todo, cualquier problema era mi problema… Ahora, como consejero, no tengo que tomar mil decisiones cada día y me divierto mucho más. Puedo desarrollar mis ideas y ponerlas en práctica.

En la calle, muchos se preguntan por la utilidad práctica de todas estas investigaciones. ¿Para qué nos van a servir? ¿Cómo va a afectar todo esto a nuestra vida diaria?

No lo sabemos. Pero piense en lo siguiente: Cuando yo era estudiante, en los años 50, los láseres eran algo exclusivo de los laboratorios. Y hoy los utilizan hasta las cajeras del supermercado para leer los precios de lo que compramos. Y así con miles de otras cosas. A veces, con amigos, nos divertimos especulando cómo podríamos utilizar de forma práctica el bosón de Higgs. Y una noche, después de una cena, pensamos en la posibilidad de hacer una especie de jaula de Faraday para el bosón. Como sabe, una jaula de Faraday evita que el campo electromagnético penetre en su interior. Si pudiéramos hacer algo parecido para el Higgs, lograríamos que todas las partículas de su interior perdieran su masa y se movieran a la velocidad de la luz. Así que podríamos instalar ese mecanismo en el extremo de un cohete, que podría viajar a la velocidad de la luz “abriendo” un surco en el campo escalar que llena todo el Universo, igual que si se estuviera abriendo paso a través del agua. Por supuesto, no fue más que un juego, pero imagine que algo así se pudiera hacer de verdad… De todas formas, y hablando en serio, estoy seguro de que dentro de 30, o de 50 años, alguien encontrará aplicaciones industriales para el Higgs que hoy no podemos siquiera imaginar.

Fuente: http://www.abc.es/sociedad/abci-estamos-principio-algo-siquiera-podemos-imaginar-201702101757_noticia.html

Logran, por primera vez, crear «cristales de tiempo»

El hallazgo abre el camino hacia nuevas y hasta ahora inimaginables vías de investigación.

En septiembre del año pasado, dos equipos independientes de la Univesridad de Princeton y la Estación Q de Microsoft en la Universidad de California lograban demostrar, teóricamente y en contra de la opinión mayoritaria, que los “cristales de tiempo” no son simples curiosidades matemáticas, sino que pueden existir en la realidad.

Ahora, otros dos equipos de físicos, uno de la Universidad de Harvard y otro del Joint Quantum Institute de la Universidad de Maryland han conseguido, por primera vez y de forma independiente, crear cristales de tiempo en sus laboratorios y confirmar así experimentalmente la existencia de estas extraordinarias estructuras que, según el Nobel de Física Frank Wilczek, que las propuso en 2012, tendrían la capacidad del movimiento perpetuo, violando una de las simetrías fundamentales de las leyes de la Física. Ambos equipos observaron en los cristales de tiempo exactamente el comportamiento predicho en 2016.

Los cristales normales, como el diamante, están formados por una red de átomos que se repite en el espacio. Pero varios estudios recientes sugieren que sería posible obtener materiales que se repitan también en el tiempo. El año pasado, por ejemplo, Norman Yao, de la Universidad de Berkeley, sugirió qué es exactamente lo que se debería medir para confirmar su existencia, y adelantaba además que los cristales de tiempo podrían constituir, en realidad, una nueva fase estable de la materia. Lo cual estimuló de inmediato a los dos equipos de Harvard y Maryland para “fabricar” el primer cristal de tiempo, la primera forma de materia no equilibrada observada por el hombre.

Para la mayoría de las personas, los cristales se identifican con diamantes, con gemas semipreciosas o con esas piedras de cuarzo que abundan en las colecciones de minerales. Pero para Norman Yao, esos cristales inertes son solo la punta del iceberg. Si los cristales poseen una estructura atómica que se repite en el espacio, como la red de carbono de un diamante, ¿por qué no pueden tener también una estructura que se repita en el tiempo, es decir, ser cristales de tiempo?

En su estudio anterior, Yao describía exactamente cómo medir las propiedades de un cristal así, e incluso predecía cómo deberían ser las diversas fases de un cristal de tiempo, algo similar a las fases líquida y gaseosa del hielo.

Ahora, los cálculos de Yao han demostrado ser algo más que meras especulaciones. De hecho, los dos grupos de investigadores que siguieron las instrucciones del físico de Berkeley han conseguido crear por primera vez cristales de tiempo. Ambos equipos, que han usado métodos completamente diferentes, están a la espera de que sus trabajos se publiquen en una revista científica. Sus resultados vieron la luz en dos artículos aparecidos a finales del pasado año en arXiv.org (aquí y aquí) El propio Yao es coautor de ambas investigaciones.

Movimiento perpetuo

Según explica Yao, estos cristales se repiten en el tiempo porque son “golpeados” periódicamente, algo así como tocar repetidamente una masa de gelatina para conseguir que se mueva. Pero para el investigador, el gran avance, más incluso que el hecho mismo de que estos cristales se repitan en el tiempo, es que se trata de los primeros de una amplia clase de materiales que están intrínsecamente “fuera de equilibrio”, incapaces por completo de ajustarse al equilibrio inmóvil de, por ejemplo, un diamante o un rubí.

Fuente:http://abcblogs.abc.es/nieves/public/post/logran-por-primera-vez-crear-cristales-de-tiempo-17224.asp/