Reflexiones sobre la naturaleza de materia y la energía

Antes de entrar en faena para explicar alguna de mis ideas sobre la naturaleza fundamental de la materia y la energía ¿qué te parece si ponemos sobre la mesa algunas cuestiones discutibles surgidas de la experimentación en aceleradores-colisionadores de partículas que nos servirán para contextualizar el asunto?

Si la teoría más aceptada en la actualidad es correcta, la nucleosíntesis (el proceso de creación de nucleones primigenios) se produjo tras el Big Bang al enfriarse el plasma de quarks-gluones por debajo de tres grados. Entonces, ¿por qué no se ha observado la formación de nuevos protones y/o neutrones a partir del plasma del quark-gluón superenergético, obtenido como resultado de las colisiones con núcleos de átomos pesados?

Duchas de partículas en el detector ALICE durante las primeras colisiones de núcleos de plomo de 2018 (Imagen: ALICE / CERN)

¿Por qué tampoco surgen nuevos protones, de manera espontánea, durante la aceleración de los haces (antes incluso de las colisiones), mientras incrementamos tremendamente su energía cinética? Creo que eso es lo que cabría esperar, si confiamos en la interpretación más aceptada de la famosa ecuación de Einstein sobre la equivalencia energía-masa.

Imagen 3D de las partes del anillo acelerador del LHC, en el CERN.
Fotografía : Domínguez, Daniel; Brice, Maximilien

En las colisiones de protones observamos cascadas y chorros de otras partículas, unas más pesadas, otras más livianas, junto a un difotón (dos fotones) por cada protón implicado. En las colisiones entre electrones y positrones (supuestamente, materia y antimateria, respectivamente), la teoría dice que debería observarse la aniquilación «limpia» entre ambos, dando como resultado pura energía. Sin embargo, lo que vemos experimentalmente es lo mismo en ambos casos, salvo que en las últimas se libera un sólo fotón por cada electrón o positrón implicados, y esto ocurre, incluso, cuando las colisiones se producen a bajas energías.

Imagen del CERN: Un ejemplo de datos reales recopilados desde el detector DELPHI en el
Large Electron-Positron collider (LEP), que funcionó entre 1989 y 2000.
Se producen dos chorros de hadrones

Recuerdo haber oído a un físico explicar en un pódcast, tras hacer un rápido «cálculo de servilleta», que la energía cinética de un protón acelerado a casi la velocidad de la luz no supera la de un mosquito que se estampe contra el parabrisas de nuestro vehículo. Esa comparación me pareció muy ilustrativa porque ayuda a imaginar el ínfimo valor cuantitativo de esa energía desde la perspectiva de la escala humana. Y, ya que estamos haciendo comparaciones, entonces, si la energía de dos protones al chocar es capaz de convertirse en todo ese montón de partículas nuevas, ¿por qué nunca hemos llegado a observar la creación de nueva materia desde el vacío en los experimentos donde el tremendo poder de los más potentes láseres es capaz de concentrar una cantidad inmensa de energía en una región casi puntual?

Imagen del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore: Experimento en el Centro Nacional de Ignición y Ciencia de Fotones. Crédito: Damien Jemison.

Piénsalo… ¿tal vez tendríamos que buscar otras hipótesis que encajen mejor con las observaciones realizadas? Considera la siguiente:

Las partículas masivas tienen la propiedad de conservar los efectos de pasadas interacciones con los campos energéticos, es decir:  la materia puede «almacenar» energía (serían las llamadas «cargas»), lo que le permite seguir interactuando en el futuro. Por otro lado, la energía únicamente puede inferirse midiendo los efectos de sus campos energéticos sobre las partículas materiales. Por tanto, una posible consecuencia de E=mc² sería que la energía y la materia son interdependientes la una de la otra, pero eso no quiere decir que los campos energéticos tengan la capacidad de trasmutarse en ningún tipo de materia.

Sigue pensando… si esto fuese así, la suposición de que podemos hacer que surjan del vacío nuevas especies o sabores de partículas multiplicando la energía de los hadrones y/o los leptones, no tendría sentido y se reforzaría la idea de que esas partículas ya eran constituyentes de los protones, electrones y positrones, antes de hacerlos colisionar. Y, además, para dotar de un nuevo sentido físico a esos «campos energéticos», como transmisores de las «fuerzas de la naturaleza», tendríamos que recuperar la idea de que la dinámica en el espacio-tiempo viene impuesta necesariamente por un «fluido inmaterial ubicuo», al que hemos llamado de muchas maneras pero yo me resisto a dejar de llamar «éter». Permíteme que explique esto último con una analogía:

Imagina que el espacio-tiempo fuese como un océano que lo permease todo. En un volumen determinado de éste podremos medir campos escalares, como: los de la temperatura, la presión, la densidad, etc., y campos vectoriales, como: los de la circulación de las corrientes, las mareas, los vórtices en forma de remolinos cónicos o tubulares, etc., a los cuales podemos poner incluso un nombre específico. Estaremos de acuerdo en que ninguno de estos campos son «cuerpos» independientes del propio fluido. Cada uno de ellos es el resultado de uno o varios procesos físicos de carácter local, regidos por las leyes clásicas de la transmisión de energía, donde entran en juego las fuerzas de la naturaleza que, aunque sea sutilmente, también pueden afectar de manera universal al océano entero. Pues, así también podríamos imaginar la dinámica de los fotones y los gluones (los bosones sin masa del modelo estándar), como fenómenos locales inseparables del propio fluido espacio-temporal del que estarían compuestos y a los que no deberíamos considerar «corpúsculos», sino fenómenos cuantitativamente localizados, transmisores de una determinada cantidad de energía, cuyas cualidades físicas muy bien podrían deducirse con las ecuaciones clásicas de la mecánica de fluidos.

En este vídeo podemos ver un vórtice tubular en el océano
Aquí podemos ver un vórtice cónico

Bueno, espero que no se me malinterprete, no quiero decir con esto que todo esté resuelto o se pueda resolver en breve. La modelación realista de las turbulencias y los vórtices en sistemas fluidos sigue siendo un quebradero de cabeza para los físicos y los matemáticos. Lo que quiero decir es que, si mi teoría es correcta, las partículas masivas no deberían derivarse de ningún tipo de fluctuación de los campos cuánticos, aunque tengan la capacidad de generar campos (gravitacionales, eléctricos, magnéticos, etc.) en el medio en el que interactúan. Serían  entidades físicas concretas, regidas por leyes causales y, en lo fundamental, no probabilísticas. Y ahí es donde está el quid de la cuestión: si no confundimos las partículas masivas con sus campos energéticos y si corregimos las ecuaciones que describen la «masa relativista aparente» de la Relatividad Especial -un asunto que resulta ser «la clave» para entender, tanto la masa de las partículas subatómicas, como la dinámica de los agujeros negros-, podremos explicar las observaciones experimentales con argumentos que, en su mayoría, ya han sido descritos en la física clásica y en la Relatividad General, desechando en gran parte las anti-intuitivas reglas de la física cuántica. Así, los físicos teóricos podrían dejar atrás aquello de: «¡cállate y calcula!», para dedicarse a imaginar modelos cada vez más cercanos a la realidad natural.

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