El secreto está en la masa

 

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Si al leer el título has pensado que esto iba sobre el arte culinario o de cómo hacer una buena pizza es que debe acercarse la hora de comer algo, pero no es de ese tipo de masa de la que quiero escribir. Eso sí, echándole imaginación,  aquí puedes intentar saciar el apetito de saber sobre aquello que nos rodea y de lo que estamos hechos ¿te animas? Hoy tendremos un menú degustación frugal, no vaya a ser que a alguien le de un empacho y sienta nauseas, como le pasaba a Niels Bohr cuando intentaba abordar los problemas de la mecánica cuántica.

 

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Voy a poner sobre la mesa aquello que se cree bien sabido en física fundamental, pero que resulta no serlo tanto a la vista de la experimentación y la observación más recientes. En esta ocasión, le hincaremos el diente a lo que sabemos, o creemos saber, sobre la masa de las partículas subatómicas y deduciremos que diferenciar entre la masa de un cuerpo que se encuentre en relativo reposo o en movimiento tendrá gran importancia, o ninguna, en función de cuan alta sea la velocidad relativa a la que se mueva. También te enseñaré qué tienen en común la nave USS Enterprice NCC-1701 y un electrón. 😉

 

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Como aperitivo podemos discutir el caso de la masa del neutrino, de la que ni tan siquiera se ha podido llegar a hacer un cálculo estimativo. Ahora se sabe que debe tener algo de masa pero, hasta hace poco, se había postulado como una partícula de masa nula porque, según la famosa fórmula de Einstein (E=m·c²), cualquier partícula o sistema de partículas masivo (con masa) tiene prohibido viajar a la velocidad de la luz, ya que eso requeriría disponer de una energía infinita (una masa infinita) para desplazarse. Por pequeña que sea esa masa multiplicada por infinito dará siempre infinito, y si a algo le tienen alergia los físicos es a los infinitos. No debemos olvidar que la masa de la fórmula de Einstein es “masa en reposo” y él mismo insistió en que “no es bueno introducir el concepto de masa de un cuerpo en movimiento, para el cual no se puede dar una definición clara“. Sin embargo, el incremento de masa de un cuerpo con la velocidad parece estar avalado por la experiencia. Hemos podido comprobar cómo la masa de un protón aparenta ser mayor cuando su velocidad aumenta y que, incluso en condiciones de vacío, es precisa una cantidad descomunal de energía para llevarlo y mantenerlo a velocidades cercanas a la de la luz. Así que, señores… hay algo fundamental que todavía no hemos aprendido, pero ¿el qué?

 

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Imagen de DonKeyHutey

 

Como todo menú que se precie, éste también debe regarse con un buen caldo. En la exposición de la teoría de ruedas insisto en que es preciso recuperar la idea de un espacio fluido que no esté vacío, sino colmado de partículas inmateriales (los bosones de Higgs) que forman un sustrato incompresible cuya viscosidad dificulta el movimiento de cualquier cuerpo que quiera atravesarlo, pero que no posee la cualidad de transformar la energía suministrada al sistema en masa real, como propone Peter Higgs. En lugar de eso, la energía se consume en ejercer ese trabajo y es disipada por el propio campo en forma de ondas de presión gravitacional, en ese caso, la masa extra no sería más que “masa inercial aparente”.

Yo diría que lo que se nos escapa es la comprensión de la naturaleza misma del Cosmos y, por supuesto, eso incluye el propio espacio-tiempo, el campo de Higgs, el éter, la quintaesencia, o como tú prefieras llamarlo, yo lo llamo campo H y, si te apetece, como parte del aperitivo, puedes leer las dos entradas de mi bolg en las que escribo sobre este asunto. Aquí dejo los enlaces: ¿Éter…existe el éter?  y ¿Y qué si existe el éter?

 

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Imagen de Larisa-K

 

¿Qué tal si seguimos con un entrante suave? Algo sobre lo que también he escrito en otro post anterior, la masa del protón.

La experiencia con aceleradores y colisionadores de partículas ha puesto de manifiesto que el protón está compuesto de numerosos quarks y gluones, no sólo de tres como se creía. Esto puede haber sorprendido a muchos y seguro que se les ha atragantado a los defensores del modelo estándar, pero lo cierto es que, una vez medida la masa media de los quarks up y down, sirve para resolver el conocido como “problema de la masa del protón” y también arroja luz sobre su momento magnético o espín, ya que es fácil “digerir” que esos quarks, que poseen carga eléctrica, deben estar ordenados en estructuras giratorias,  porque sabemos que siempre que se ponen en rotación partículas con carga eléctrica se produce un campo magnético asociado, independientemente de la escala natural que observemos. Por otro lado, el protón es uno de los dos constituyentes de los núcleos atómicos y, salvo el giro propio de sus estructuras que acabo de mencionar, se mantiene en relativo reposo. Por tanto, el cálculo del valor de su masa es el que presenta menor dificultad y nos servirá para conocer el número exacto de quarks de los que está compuesto y también servirá como referente en la comparación del valor de la masa de otras partículas subatómicas.

 

Imagen de Miguel Angel Huicochea Maldonado
Imagen de Miguel Angel Huicochea Maldonado

 

Lo dicho en el párrafo anterior también explica cómo otra partícula, el neutrón, genera su propio momento magnético a pesar de ser eléctricamente neutro, sin embargo, la masa de los neutrones y el defecto de masa atómico requieren de una explicación más detenida que encontrarás en este enlace y que no abordaré ahora para no hacer muy pesada esta entrada.

 

Bueno, vayamos ahora con el plato principal, el más copioso y en el que debemos emplearnos a fondo, procurando hacer sitio en el estomago, ¡perdón… en el cerebro!

Volvamos al asunto de la masa de los leptones (el neutrino entre ellos). ¿Cómo pueden moverse a esas velocidades relativistas y no mostrar una masa infinita o casi infinita que, a su vez, requiera retroalimentarse de una energía infinita?

La respuesta la tenemos en un artículo publicado por el Dr. Miguel Alcubierre en 1994, en IopCience, titulado “The warp drive: hyper-fast travel within general relativity”, en el que nos muestra, matemáticamente y sin contravenir la relatividad general, cómo es posible que un cuerpo masivo se mueva a la velocidades relativistas o incluso superlumínicas.

Para conseguirlo, requeriríamos de un motor de curvatura espacio-temporal que crease un campo alrededor del cuerpo, que produjese un efecto de absorción por delante y otro de impulsión por detrás de su trayectoria, de manera tal que se mantuviera estable la geometría espacio-temporal plana en el centro de esa “burbuja”. La métrica de ese campo estaría representada por el gráfico siguiente:

Métrica de Alcubierre. Gráfico de AllenMcC
Gráfico de AllenMcC

 

Os dejo un vídeo de una conferencia del Dr. Miguel Alcubierre, en el Parque Explora.

-Al finalizar el extracto del video, puedes reproducir la conferencia íntegra volviendo a pulsar sobre el enlace de YouTube-

 

Según esto, los leptones podrían moverse en el espacio sin ser frenados por los bosones de Higgs porque, de alguna manera, a su alrededor crean ese tipo de “burbuja”. Serían  unos “mini-motores” de curvatura espacio-temporal que funcionarían de forma análoga al desplazamiento de una hélice en el agua, es decir, absorbiendo e impulsando el fluido a su paso. Claro está que, para conseguir esto, los leptones requieren de una cierta estructura que geométricamente lo haga factible y de una fuente de energía para no tener que depender exclusivamente de la inercia en sus desplazamientos.

Según Alcubierre, la energía debería concentrarse en una región con forma de toroide, posicionada perpendicularmente a la dirección de movimiento, y eso coincide exactamente con el modelo geométrico creado en la teoría de ruedas. Lo creas o no, el doctor Alcubierre y sus deducciones me eran totalmente desconocidos hasta que, hace unos días, vi en Twitter el vídeo de “Los 3 chanchitos” . No imaginas el alegrón que llevé al saber que la demostración matemática de mi teoría ya estaba resuelta, claro que no deja de ser increiblemente apasionante el hecho de que una idea que ha sido desarrollada para dar respuesta a la posibilidad de realizar viajes interestelares, al estilo Star Trek, termine describiendo cómo es el campo que envuelve a los leptones.

 

Imagen de la NASA
Imagen de la NASA

 

En mi libro encontrarás hipótesis sobre la manera en la que la naturaleza puede haber desarrollado este tipo de mini-motores. Me refiero a la evolución de las estructuras de quarks hasta formar, lo que yo llamo, “ruedas” que, básicamente, son diminutos giroscopios capaces de capturar fotones, almacenarlos en un espacio toroidal en su interior y utilizar su energía para generar momento lineal extra perpendicular al eje principal de la estructura.

 

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Imagen de una rueda de quarks con el almacén fotónico en su interior (representado en color amarillo)

 

Las ruedas pueden ser de tres tipos: neutras, negativas o positivas (neutrinos, electrones o positrones respectivamente), en función del diferencial de carga eléctrica de los quarks que las componen y son los leptones básicos de la primera generación del modelo estándar. Las combinaciones de estos tres tipos de ruedas dan lugar a las demás generaciones de leptones y a los nucleones. Como dije, todo esto lo encontrarás en mi libro y podrás “zampártelo” enterito completamente gratis.

 

Ya tenemos que ir terminando con la vianda principal para pasar al postre, y ahora es cuando debemos formular la pregunta que yo considero “clave” en el sinsentido actual de las masas de las partículas subatómicas, porque “hemos dado en hueso”,  la masa en reposo de los tres tipos de ruedas que he propuesto en mi teoría es prácticamente la misma y es, en todo caso, mucho mayor que la supuesta masa de cualquiera de los tres leptones básicos, por tanto…¿cómo se explica esa diferencia del valor de la masa entre los distintos tipos de leptones?

Según mi teoría, el valor de la masa de una partícula variará en función de la velocidad relativista que lleve en el momento de la medida, del número de ruedas de que esté compuesta y de la disposición de éstas en los distintos supuestos. Pero centrémonos en el asunto de la velocidad porque ahí está el quid de la cuestión, la guinda del pastel.

Sabemos que la dimensión paralela a la dirección de movimiento de un cuerpo se contrae a los ojos de un observador en relativo reposo, es la llamada “Contracción de Lorentz”.

 

Contraccion de Lorentz
Contraccion de Lorentz

 

También sabemos, por la explicación del profesor de investigación del CSIC, Cesar Gómez, que cuando a la constante gravitacional de Newton le introducimos la noción de espacio-tiempo, ésta se simplifica, quedando relacionadas directamente la “dimensión característica” de un cuerpo (la que se contrae con el movimiento) con su “masa  característica” (aquella a la que hemos despojado de la influencia de todas las fuerzas, excepto de la gravitatoria), es decir, para que la constante universal siga siendo constante, cuanto mayor sea la contracción de la dimensión mayor debe ser la contracción de la masa del cuerpo o, dicho de otra forma, cuanto más rápido se mueva un cuerpo menor será su masa aparente respecto a un observador en relativo reposo. Es la denominada “masa relativista aparente”.

 

Os dejo este vídeo de una conferencia en el Instituto de Física Teórica, donde Cesar Gómez nos lo explica de forma muy amena.

-Al finalizar el extracto del video, puedes reproducir la conferencia íntegra volviendo a pulsar sobre el enlace de YouTube-

Este es un concepto teórico que está relacionado con la teoría especial de la relatividad, que se convierte en una realidad física cuando hablamos de los leptones (las ruedas), unos mini-motores de curvatura espacio-temporal cuya masa es equivalente a la de medio protón y… claro, te preguntarás ¿qué pruebas tenemos de eso?

Los físicos de la Universidad de Rutgers han calculado la verdadera magnitud de la masa en reposo del electrón, han descubierto que cuando se enfrían, hasta cerca del cero absoluto, algunos compuestos metálicos cristalinos hechos de cerio, indio e iridio; los electrones reducen su actividad y forman un fluido de “electrones pesados” cuya masa individual han calculado que llega a ser unas mil veces mayor que la masa calculada de un electrón en movimiento, que es aproximadamente 0,511 MeV/c². La masa de un protón es 938,272 MeV/c², aunque ya hemos visto que en realidad este valor será algo mayor si tenemos en cuenta la contracción de Lorentz debida al giro a velocidad relativista de la estructura, por tanto, la masa de su mitad es sospechosamente cercana al valor de la masa en movimiento del electrón multiplicada por mil, tal y como fue calculada por el equipo de Rutgers.

 

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Imagen de una desintegración beta, según la teoría de ruedas. Abajo a la izquierda, un protón (dos ruedas, una con carga eléctrica neutra y otra positiva, un neutrino más un positrón). Arriba a la derecha, un electrón (una rueda con carga eléctrica negativa).

Ya ves que el secreto está en la masa relativista aparente, pues, según sea el sistema de referencia elegido, podremos observar cómo las partículas van aplanándose más, conforme su velocidad aparente sea mayor, lo que significa que, a la velocidad de la luz, el aspecto que tendrán será el de entes bidimensionales, su longitud característica aparente será cero y su masa relativista aparentemente también deberá ser nula.

En conclusión:

Por las deducciones del Dr. Alcubierre, sabemos que moverse a la velocidad de la luz, sin contravenir la relatividad general, es teóricamente posible; también lo sería el superar esa velocidad, pero el “motor” de las ruedas funciona con fotones y éstos se mueven siempre a la velocidad de la luz, lo cual supone un límite natural a la velocidad punta de los leptones.

Por otro lado, los electrones y los positrones encogen su dimensión espacial en la dirección paralela al movimiento conforme ganan velocidad, son ruedas con carga eléctrica que cuando se desplazan están continuamente influenciados por los campos electromagnéticos, lo que les dificulta llegar a alcanzar esa velocidad punta, pero los neutrinos no tienen ese problema, su masa relativista aparente puede llegar a ser casi cero cuando se mueven al límite de la velocidad impuesta por la naturaleza de los fotones.

Claro que, según algunos divulgadores, cuando un cuerpo viaje dentro de una burbuja de este tipo, no se verá afectado por la contracción de Lorentz ni por la dilatación del tiempo. Mi opinión es que eso únicamente es cierto si el observador está dentro de esta burbuja o en otra que vaya paralela a la primera, con la misma velocidad y en el mismo sentido, pero no para cualquier otro observador exterior. No olvidemos que disponemos de pruebas empíricas: en cuanto a la reducción de masa con la velocidad, sirvan los “electrones pesados” como ejemplo; y, sobre la dilatación del tiempo, sabemos desde hace tiempo, por el experimento llevado a cabo por Rossi y Hall en 1941, que el número de muones que llegan a la superficie de la tierra, atravesando la atmósfera, es mucho mayor que el que se esperaba y que la hipótesis más aceptada actualmente es que esto se debe, precisamente, al efecto de dilatación temporal que sufren este tipo de “radiaciones cósmicas”, dada la velocidad a la que se mueven. Según esto, la métrica de Alcubierre no nos sirve para eludir los efectos inherentes a la relatividad especial, pero es la forma de evitar el incremento de “masa inercial aparente” debida a la viscosidad del campo H (el nuevo éter).

 

Imagen de la NASA
Imagen de la NASA
Espacio-tiempo
Imagen de Geralt

 

Espero que, como el buen café, esta forma de ver el mundo subatómico te haya dejado un agradable regusto al final y que, como no podía ser de otra manera, también te hayas quedado con ganas de saber más, porque nuestra curiosidad es insaciable ¿verdad?

 

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