Las dos caras de la materia

De acuerdo con la física clásica existen notables diferencias entre el concepto de onda y el de partícula. Sabemos que la partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa, mientras que la onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula.

Sin embargo, para la física cuantica no hay diferencias fundamentales entre las ondas y las partículas: las particulas pueden comportarse como ondas y viceversa. Esto se conoce como la dualidad onda-corpúsculo, también llamada dualidad onda-partícula, y es uno de los postulados básicos de la mecánica cuántica.

Pues bien, tanto la luz como la materia presentan esta doble naturaleza ondulatoria y corpuscular a la vez, es decir, en ocasiones se comportan como una serie de ondas, y en otros casos, como un conjunto de partíulas, sólo depende del tipo de experimento que decidamos llevar a cabo.

Este fenómeno se comprenderá mucho mejor con el siguiente video, donde el Doctor Quantum recrea el famoso experimento de la doble rendija de Young.

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El boson de Higgs: la partícula más buscada

A mediados de los 60, los físicos comprendieron que sus ideas previas, en las que toda la materia estaba compuesta de protones, neutrones y electrones, como partículas fundamentales, eran insuficientes para explicar las nuevas partículas que se estaban descubriendo. 
Para solucionar estos problemas, surgió la teoría hoy conocida como el Modelo Estándar de la Física de Partículas, que establece qué partículas y fuerzas existen en la naturaleza y cuáles son sus propiedades. 
Durante las últimas décadas esta teoría ha crecido gradualmente y ha ganado aceptación, a partir de las nuevas evidencias proporcionadas por los aceleradores de partículas.  Sin embargo, todavía existe una partícula fundamental que hasta el momento no ha podido ser detectada. Se trata del bosón de Higgs, también conocido como la "partícula de Dios", que sería la clave para poder explicar cómo adquieren masa el resto de partículas y de qué manera se reparte esta masa por el universo.

Se cree que el bosón de Higgs es masivo a diferencia de la mayoría de las partículas subatómicas. Podría tener de 100 a 200 veces la masa del protón. Por eso se necesita un colisionador tan inmenso para producir un boson de Higgs: cuanto más energía haya en la colisión, más masivas serán las partículas resultantes.  Pero una partícula gigante como el boson de Higgs también sería, como todas las partículas de gran tamaño, inestable. No es el tipo de partícula que se queda por ahí para que podamos detectarla; en una fracción de una fracción de una fracción de segundo decaería formando otras partículas. 

Lo que se pretende hacer con el LHC, el acelerador de partículas más grande y energético del mundo, es crear un pequeño estallido de energía, compacto, del cual un boson de Higgs podría surgir para existir durante el tiempo necesario y con la vivacidad suficiente para poder reconocerlo. La cuestión es: ¿existirá un bosón de Higgs con una masa alcanzable para los ojos del LHC?. Sólo la naturaleza tiene la respuesta.

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Apasionante descripción de la estructura de la materia

Más de una vez se nos ha pasado por la cabeza la pregunta ¿de qué estamos hechos? Puede parecer una pregunta un tanto absurda, la mayoría de las personas recordarán conceptos como moléculas, átomos, protones y electrones, y se darán por satisfechas. Sin embargo, luego de esto viene otra inevitable pregunta: ¿y qué hay más allá?

Ahora, ya puedes adentrarte en la asombrosa estructura y comportamiento de la materia com la Aventura de las Partículas, un proyecto educacional del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley  que consiste en un recorrido interactivo muy sencillo y claro sobre la historia del átomo, tanto desde el punto de vista de las teorías como de los experimentos.

La Aventura de las Partículas está dividida en tres "rutas" de información. La ruta del Modelo Estándar, una lección interactiva que nos presenta las partículas conocidas, y la forma en que interactúan entre sí. La ruta de las evidencias experimentales que enseña cómo los físicos han obtenido los datos experimentales que sustentan el Modelo Standard. Y, por último, la ruta más allá del Modelo Estándar que muestra cuánto no se ha descubierto aún. 

Estos documentos están formados por pequeñas páginas que, además de informativas y claras, resultan amenas. Contienen preguntas, dibujos, comentarios, enlaces a otros documentos, etc. En fin, un sitio que no debemos de dejar de visitar si nos interesa conocer cómo está constituida la materia.

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Detectan dimensiones adicionales

Un cuadrado posee dos dimensiones. Ampliándolo con una nueva dimension genera un cubo, que es tridimensional. Si añadimos una dimensión más (que no se ve) genera un hipercubo, que es de cuatro dimensiones. Figura en proyección, ya que tal objeto no existe en nuestro espacio.

El cerebro humano no está preparado para comprender más de cuatro dimensiones, que no son más que las cuatro con las que podemos interactuar. Tres de ellas forman, como acabamos de ver, el espacio tridimensional que percibimos, y la cuarta es el tiempo.

Ya Einstein, después de haber propuesto en su teoría de la relatividad general la dinámica del espacio y el tiempo, se percató de que el número de dimensiones sería superior a las cuatro que distinguimos. Existirían dimensiones extra en objetos muy pequeños y comprimidos.

La Teoría de las Supercuerdas, la más firme candidata a convertirse en  una teoría unificada o Teoría del Todo, asume que las partículas materiales no son puntos sin estructura interna y de dimension cero, sino cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. 

Ahora, por primera vez, científicos norteamericanos han detectado indicios de la existencia de otras dimensiones más allá de las conocidas. Utilizando datos del telescopio Amanda, enterrado en el Polo Sur, han podido observar una decena de colisiones de neutrinos de alta energía con otras partículas elementales, obteniendo así la evidencia de las dimensiones adicionales sugeridas por la Teoría de Supercuerdas. 
Leer el artículo completo en Tendencias Científicas.

Espacio Calabi-Yau de seis dimensiones extras.

Figura en proyección.

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