10 Partículas Teóricas Que Podrían Explicar Todo

Durante siglos, la humanidad ha cavado en los misterios que rodean la composición exacta del universo. Los antiguos griegos fueron los primeros en suponer la existencia de átomos, que creían que eran las partículas más pequeñas del universo, los "bloques de construcción" de todo. Durante aproximadamente 1,500 años, eso era lo más que sabíamos sobre la materia. Luego, en 1897, el descubrimiento del electrón dejó el mundo científico en un caos. Así como las moléculas estaban hechas de átomos, ahora los átomos parecían tener sus propios ingredientes.

Y mientras más profundos miramos, más parecían las respuestas revolotear a través de la punta de nuestros dedos, siempre fuera de nuestro alcance. Incluso los protones y los neutrones, los bloques de construcción de los átomos, están hechos de piezas cada vez más pequeñas llamadas quarks. Cada descubrimiento parece plantear más preguntas. ¿Son el tiempo y el espacio tan solo manojos y grupos de pequeñas migas cargadas que son tan pequeñas que ni siquiera se pueden ver? Tal vez, pero de nuevo, estas diez partículas teóricas podrían explicar todo. Si pudiéramos realmente encontrarlos:

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Strangelets

Comencemos con algo más cercano a lo que ya conocemos: los quarks. Hay más de un tipo de quark: seis, para ser exactos. Los quarks "arriba" y "abajo" son los tipos más comunes, y estos son los que forman los protones y neutrones de los átomos. Los quarks "extraños", por otro lado, no son tan comunes. Cuando los quarks extraños se combinan con quarks arriba y abajo en igual número, crean una partícula llamada strangelet, y los strangelets son los fragmentos tenues que se convierten en materia extraña.

Ahora, de acuerdo con la hipótesis de la materia extraña, los desconocidos se crean en la naturaleza cuando una estrella de neutrones masiva, una estrella colapsada de gran masa, genera tanta presión que los electrones y los protones en su núcleo se fusionan, y luego se colapsan aún más en una especie de denso Burbuja de quark, que llamamos materia extraña. Y dado que, en teoría, los grandes desconocidos pueden existir fuera de esos entornos de centro de una estrella de alta presión, es probable que se hayan alejado de esas estrellas hacia otros sistemas solares, incluido el nuestro.

Y aquí es donde se vuelve loco: si estas cosas existieran, un gran desconocido podría convertir el núcleo de un átomo en otro extraño chocando con él. El nuevo strangelet podría entonces chocar con más núcleos, convirtiéndolos en más strangelets en una reacción en cadena hasta que toda la materia en la Tierra se hubiera convertido en materia extraña. De hecho, la instalación del Gran Colisionador de Hadrones tuvo que publicar un comunicado de prensa en el que se afirmaba que era poco probable que crearan desconocidos que pudieran destruir el planeta. Así de seriamente la comunidad científica toma la cuestión de los estúpidos.

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Sparticles

La teoría de la supersimetría establece que cada partícula en el universo tiene una partícula gemela opuesta, conocida como partícula supersimétrica, o sparticle. Entonces, por cada quark por ahí, hay una hermana, un squark, que comparte simetría perfecta con él. Para cada fotón, hay un fotino. Y así sucesivamente para todas las sesenta y una partículas elementales conocidas. Entonces, si hay tantos, ¿por qué no hemos descubierto? alguna de estas espartículas ya?

Aquí está la teoría: en la física de partículas, las partículas más pesadas se descomponen más rápido que las partículas más ligeras. Si una partícula se vuelve lo suficientemente pesada, se descompone casi inmediatamente una vez que se crea. Entonces, suponiendo que las partículas sean increíblemente pesadas, se descompondrían en un abrir y cerrar de ojos, mientras que sus superpartners, las partículas que podemos ver y observar, viven. Esto también podría explicar por qué hay tanta materia en el universo pero muy poca materia oscura oscura, porque las partículas pueden comprender la materia oscura y existir en un campo que es tan poco observable.

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Antipartículas

La materia está hecha de partículas y, de manera similar, la antimateria está hecha de antipartículas. Todo esto tiene sentido, ¿verdad? Las antipartículas tienen la misma masa que las partículas normales, pero una carga opuesta y un momento angular opuesto (giro). Suena como la teoría de la supersimetría, pero a diferencia de las partículas, las antipartículas se comportan como partículas, incluso formando anti-elementos, como antihidrógeno. Básicamente, toda materia tiene antimateria correspondiente.

O al menos debería. Ese es el problema: hay mucha materia, pero la antimateria simplemente no aparece en ninguna parte. (Excepto la divulgación completa del Gran Colisionador de Hadrones, se han encontrado antipartículas y ya no son teóricas).

Durante el Big Bang, debería haber habido un número igual de partículas y antipartículas. La idea es que toda la materia en el universo fue creada en ese punto. Entonces, por defecto, toda la antimateria tuvo que ser creada al mismo tiempo. Una teoría es que hay otras partes del universo dominadas por la antimateria. Todo lo que podemos ver, incluso las estrellas más distantes, es principalmente materia. Pero nuestro universo visible solo podría ser una pequeña sección del universo, mientras que los planetas de antimateria, los soles y las galaxias se agrupan en una esfera diferente del universo, como los electrones y protones de carga opuesta que giran entre sí en un átomo.

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Gravitones

En este momento, las antipartículas son un gran problema en las teorías actuales de la física de partículas. ¿Te importaría escuchar sobre otro problema? Gravedad. En comparación con otras fuerzas, como el electromagnetismo, la gravedad es más débil que estornudar a través de una pelea de puño. También parece cambiar su naturaleza basándose en la masa de un objeto: la gravedad es fácil de observar en los planetas y las estrellas, pero baja al nivel molecular y parece hacer lo que quiera. Y además de todo eso, ni siquiera tiene una partícula para transportarla, como los fotones que transportan la luz.

Ahí es donde entra en juego el gravitón. El gravitón es la partícula teórica que permitiría que la gravedad encaje en el mismo modelo que cualquier otra fuerza observable.Debido a que la gravedad ejerce una fuerza débil sobre cada objeto, independientemente de la distancia, tendría que estar sin masa. Pero ese no es el problema: los fotones no tienen masa y se han encontrado. Hemos ido tan lejos como para definir los parámetros exactos en los que un gravitón tendría que encajar, y tan pronto como encontremos una partícula (cualquier partícula) que coincida con esos parámetros, tendremos un gravitón.

Encontrarlo sería importante porque, a partir de ahora, la relatividad general y la física cuántica son incompatibles. Pero a un cierto nivel de energía precisa, conocida como la escala de Planck, la gravedad deja de seguir las reglas de la relatividad y se desliza en las reglas cuánticas. Entonces, resolver el problema de la gravedad podría ser la clave para una teoría unificada.

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Graviphotons

Hay otra partícula de gravitación teórica, y es absolutamente hermosa. El graviphoton es una partícula que se crearía cuando el campo gravitatorio se excita en una quinta dimensión. Proviene de la teoría de Kaluza Klein, que propone que el electromagnetismo y la gravitación se pueden unificar en una sola fuerza con la condición de que haya más de cuatro dimensiones en el espacio-tiempo. Un graviphoton tendría las características de un graviton, pero también tendría las propiedades de un fotón y crearía lo que los físicos llaman una "quinta fuerza" (actualmente hay cuatro fuerzas fundamentales).

Otras teorías afirman que un graviphoton sería un superpartner (como un sparticle) de gravitones, pero que en realidad atraería y repelería al mismo tiempo. Al hacer eso, los gravitones podrían teóricamente crear antigravedad. Y eso es solo en la quinta dimensión: la teoría de la supergravedad también postula la existencia de los gravifotones, pero permite once dimensiones.

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Preones

¿De qué están hechos los quarks? En primer lugar, vamos a tener una idea de la escala. El núcleo de un átomo de oro tiene setenta y nueve protones. Cada protón está hecho de tres quarks. Ahora, el ancho del núcleo de ese átomo de oro es de aproximadamente ocho femtómetros de ancho. Eso es ocho millonésimas de un nanómetro, y un nanómetro ya es una mil millonésima parte de un metro. Entonces, acordemos que los quarks son pequeños, y comprendamos que las partículas pre-sub-quark-tendrían que ser tan infinitamente pequeñas que ahora no hay una escala que pueda medir su tamaño.

Hay otras palabras que se usan para describir los bloques de construcción teóricos de los quarks, incluidos los primons, subquarks, quinks y tweedles, pero "preon" es generalmente el más aceptado. Y los preones son importantes porque en este momento, los quarks son una partícula fundamental: son lo más bajos que se pueden alcanzar. Si se descubriera que estaban compuestas o hechas de otras piezas, podría abrir la puerta a miles de nuevas teorías. Por ejemplo, una teoría en este momento afirma que la antimateria escurridiza del universo en realidad está contenida en los preones y, por lo tanto, todo tiene fragmentos de antimateria dentro de ella. De acuerdo con esta teoría, usted mismo es parte de la antimateria: simplemente no puede verla porque las piezas de materia se forman en bloques más grandes.

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Taquiones

Nada se acerca más a violar las leyes conocidas de la relatividad que un taquión. Es una partícula que se mueve más rápido que la luz, y si existiera, sugeriría que la barrera de la velocidad de la luz es ... bueno, ya no es una barrera. De hecho, significaría que la velocidad que conocemos como la velocidad de la luz sería el punto central, al igual que las partículas normales pueden moverse infinitamente lentas (sin moverse en absoluto), un taquión existente en el otro lado de la barrera sería capaz de moverse infinitamente rápido.

Curiosamente, su relación con la velocidad de la luz se reflejaría. En pocas palabras, cuando una partícula normal se acelera, su energía necesita aumentar. Para atravesar realmente la barrera de la velocidad de la luz, sus necesidades energéticas se elevarían hasta el infinito, necesitarían energía infinita. Para un tachyon, cuanto más lento va, más energía necesita. A medida que disminuye y se acerca a la velocidad de la luz desde el otro lado, sus requerimientos de energía se vuelven infinitos. Pero cuando se acelera, los requisitos de energía disminuyen, hasta que no necesita energía para moverse a una velocidad infinita.

Piense en ello como un imán: tiene un imán pegado a una pared y otro en su mano. Cuando empuja su imán hacia la pared con los polos alineados, su imán se repele. Cuanto más cerca se lo ponga, más difícil será empujar. Ahora imagine que en el otro lado de la pared hay otro imán, que hace lo mismo. El imán de pared es la velocidad de la luz, y los dos imanes son taquiones y partículas normales. Entonces, incluso si los taquiones existieran, quedarían atrapados para siempre en el lado opuesto de una barrera que nosotros mismos no podemos pasar. Sin embargo, hemos olvidado mencionar que técnicamente podrían aprovecharse para enviar mensajes al pasado.

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Instrumentos de cuerda

Casi todas las partículas de las que hemos hablado hasta ahora se llaman partículas puntuales; Los quarks y los fotones existen como un solo punto, un pequeño punto, si lo desea, con cero dimensiones. La teoría de cuerdas sugiere que estas partículas elementales no son en realidad puntos en absoluto: son cuerdas, hebras de partículas unidimensionales. En su esencia, la teoría de cuerdas es una Teoría del Todo que logra coexistir con la gravedad y la física cuántica (según lo que sabemos ahora, esos dos no pueden existir físicamente en el mismo espacio, la gravedad no funciona en el cuántico). nivel).

Entonces, en un sentido amplio, la teoría de cuerdas es en realidad una teoría cuántica de la gravedad. Y a modo de comparación, las cadenas reemplazarán a los preones como bloques de construcción de los quarks, mientras que en los niveles más altos todo sigue igual. Y en la teoría de cuerdas, la cuerda puede convertirse en cualquier cosa según la forma en que se forma. Si la cuerda es una hebra abierta, se convierte en un fotón. Si los extremos de esa misma cuerda se conectan y forman un bucle, se convierte en un gravitón, de la misma manera que la misma pieza de madera puede convertirse en una casa o una flauta.

En realidad, hay múltiples teorías de cadenas y, curiosamente, cada una predice un número diferente de dimensiones. La mayoría de estas teorías afirman que hay diez u once dimensiones, mientras que la teoría de cuerdas bosónica (o teoría de supercuerdas) requiere no menos de veintiséis. En estas otras dimensiones, la gravedad tendría una fuerza igual o mayor que otras fuerzas fundamentales, explicando por qué es tan débil en nuestras tres dimensiones espaciales.

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Branes

Si realmente quieres una explicación de la gravedad, tienes que fijarte en la teoría M o teoría de la membrana. Las membranas, o branas, son partículas que pueden abarcar múltiples dimensiones. Por ejemplo, una brana 0 es una brana puntual que existe en dimensiones cero, como un quark. Un 1-brane tiene una dimensión-una cadena. Una 2-brana es una membrana bidimensional, y así sucesivamente. Las branas de dimensiones superiores pueden tener cualquier tamaño que lleve a la teoría de que nuestro universo es realmente una gran brana con cuatro dimensiones. Esa rama, nuestro universo, es solo un pedazo de espacio multidimensional.

Y en cuanto a la gravedad, nuestra brana de cuatro dimensiones no puede contenerla simplemente, por lo que la energía de la gravedad se filtra hacia otras branas a medida que las atraviesa en el espacio multidimensional; solo tenemos el regate de lo que queda, por lo que parece tan débil en comparación con otras fuerzas.

Extrapolando eso, tiene sentido que haya muchas branas moviéndose a través de este espacio: infinitas branas en un espacio infinito. Y a partir de ahí tenemos las teorías del universo multiverso y cíclico. El último afirma que el universo se cicla a sí mismo: se expande a partir de la energía del Big Bang, luego la gravedad hace que todo vuelva al mismo espacio para el Big Crunch. Esa energía de compresión desencadena otro Big Bang, haciendo rebotar al universo en otro ciclo, como una célula que se inflama y luego muere.

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Partícula de Dios

El bosón de Higgs, más comúnmente conocido como la partícula de Dios, se encontró provisionalmente el 14 de marzo de 2013, en el Gran Colisionador de Hadrones (9). Como un poco de antecedentes, el bosón de Higgs se hipotetizó por primera vez en la década de 1960 como la partícula que da masa a otras partículas.

Básicamente, la partícula de Dios se produce en el campo de Higgs y se propuso como una forma de explicar por qué algunas partículas que deberían haber tenido masa en realidad no tenían masa. El campo de Higgs, que nunca se había observado, tendría que existir en todo el universo y proporcionar la fuerza necesaria para que las partículas adquieran su masa. Y si eso fuera cierto, llenaría enormes brechas en el Modelo Estándar, que es la explicación básica de literalmente todo (excepto, como siempre, la gravedad).

El bosón de Higgs es vital porque prueba que el campo de Higgs existe, y explica cómo la energía dentro del campo de Higgs puede manifestarse como masa. Pero también es importante porque sienta un precedente; Antes de que fuera descubierto, el bosón de Higgs era solo una teoría. Tenía modelos matemáticos, parámetros físicos que lo permitirían a existir, cómo debía girar todo. Simplemente no teníamos ninguna evidencia de su existencia en absoluto. Pero a partir de esos modelos y teorías, pudimos identificar una partícula específica, la cosa más pequeña del universo conocido, que coincidía con todo lo que habíamos planteado como hipótesis.

Si podemos hacerlo una vez, ¿quién puede decir que alguna de estas partículas no podría ser real? Tachyons, strangelets, gravitons-partículas que cambiarían todo lo que sabemos sobre la vida y el universo y nos acercarán a comprender realmente los fundamentos del mundo en que vivimos.

Andrew Handley

Andrew es un escritor independiente y el propietario del sexy y sexy HandleyNation Content Service. Cuando no está escribiendo, suele ir de excursión o escalar, o simplemente disfruta del aire fresco de Carolina del Norte.