Confirmado, la materia es básicamente fluctuaciones de vacío

La materia se construye sobre fundamentos frágiles. Los físicos acaban de confirmar que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vació cuántico. Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interior de los protones y neutrones, que como sabéis son las partículas que aportan casi la totalidad de la masa a la materia común. Cada protón (o neutrón) se compone de tres quarks – véase ilustración – pero las masas individuales de estos quarks apenas comprenden el 1% del total de la masa del protón ¿Entonces de donde sale el resto?

La teoría sostiene que esta masa es creada por la fuerza que mantiene pegados a los quarks, y que se conoce como fuerza nuclear fuerte. En términos cuánticos, la fuerza fuerte es contenida por un campo de partículas virtuales llamadas gluones, las cuales irrumpen aleatoriamente en la existencia para desaparecer de nuevo. La energía de estas fluctuaciones del vacío debe sumarse a la masa total del neutrón y del protón.

Llegar a estos números ha llevado varias décadas. La fuerza fuerte se describe mediante las ecuaciones de la cromodinámica cuántica, o QCD; ecuaciones que son demasiado difíciles de resolver en la mayor parte de los casos.

De modo que los físicos han desarrollado un método llamado enrejado QCD, en el cual se modela un espacio-tiempo liso en forma de rejilla de puntos separados. Este enfoque pixelado permite que las complejidades de la fuerza fuerte puedan simularse con cierta aproximación mediante computadoras.

Los cálculos de Gnarly

Hasta hace poco, los cálculos en el enrejado QCD se concentraban en los gluones virtuales, e ignoraban otros componentes importantes del vacío como los pares de quarks y antiquarks virtuales.

Los pares quark-antiquark pueden emerger y transformar momentáneamente un protón en una partícula diferente y más exótica. De hecho, el verdedero protón es la suma de todas estas posibilidades sucediendo al mismo tiempo.

“Los quarks virtuales hacen mucho más complicados los cálculos, implicando la utilización de una matriz de más de 10.000 billones de números”, comenta el miembro del equipo Stephan Dürr del Instituto John von Neumann de Computación en Jülich, Alemania.

“No existe ninguna computadora en la Tierra que pueda almacenar una matriz numérica tan enorme en su memoria”, comentó Dürr a New Scientist, “así que hemos tenido que hacer algunos trucos para evaluar la masa de un protón”.

La hora de la verdad

Varios equipos han estado pensando en formas de resolver estos problemas técnicos, y hace cinco años, un equipo dirigido por Christine Davies de la Universidad de Glasgow en el Reino Unido, logró calcular la masa de una partícula exótica llamada mesón B_c.

Esa partícula solo contiene dos quarks, lo cual hizo que su simulación fuera más simple que la del protón, que tiene tres quarks. Para operar con protones y neutrones, el equipo de Dürr empleó varios meses de tiempo de trabajo en la red de computadoras en paralelo de Jülich, que puede manejar 200 teraflops (o 200 billones de cálculos aritméticos por segundo).

Incluso así, tuvieron que recortar su código para usar la potencia de la red de forma eficiente. “Realizamos un esfuerzo enorme en asegurarnos de que el código hiciera un uso óptimo de la máquina”, comenta Dürr.

Sin los quarks, las primeras simulaciones arrojaron un error en la masa de un protón en torno a un 10%. Con ellos, Dürr obtuvo un resultado que solo se aleja un 2% del valor medido experimentalmente.

Campo de Higgs

Aunque los físicos ya esperaban que la teoría finalmente coincidiese con los experimentos, se trata de un importante punto de referencia. “Lo mejor es que demuestra que se puede uno aproximar a los experimentos mediante simulaciones informáticas”, comenta Davies. “Ahora que sabemos que el enrejado QCD funciona, queremos hacer cálculos exactos de las propiedades de las partículas, no solo de su masa”.

Eso permitirá a los físicos someter a prueba a la QCD y buscar sus efectos más allá de la física conocida. Por ahora, los cálculos de Dürr demuestran que la QCD describe partículas basadas en quarks de forma precisa, y que la mayor parte de nuestra masa viene de quarks virtuales y gluones que burbujean en el vacío cuántico.

Se cree que el campo de Higgs hace también su pequeña contribución, dando masa a los quarks individuales, así como a los electrones y a otras varias partículas. El campo de Higgs también crea masa a partir del vacío cuántico, en forma de bosones virtuales de Higgs. De modo que si el LHC confirma la existencia del bosón de Higgs, eso significará que toda la realidad es virtual.

Fuente noticia New Scientist (Autor: Stephen Battersby)

Crédito imagen: Wikipedia

20 Comentarios

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Eugenio Manuel

Maikelnai´s, no sé si es como debe ser, pero me aparece la plantilla de tu blog super rara. No tiene ningún elemento decorativo, parace una página hecha en html a pelo. Quizás es una fluctuación del vacío, o que se han juntado los pares etiqueta-antietiqueta y sólo veo texto.

Maikelnai

Lo se Eugenio. Parece un problema con las CSS, no consigo que el blog muestre ningún theme. Le he mandado dos avisos a José Cuesta (realmente el blogmaster de Maikelnai porque yo estoy super-pez) pero dado lo tarde que es, y que estamos de fin de semana, no se para cuando podrá echarle un vistazo.

¿Alguna sugerencia?

Cabezón

Pues sí, Houston, tenemos un problema con el blog de Maikel, que ansina está muy feo.
Sobre esta nota, me llama la atención que el cálculo sea tan complicado… ¡Mira tú que es difícil resolver la ecuación de Schroedinger para el hidrógeno! Y ahora, ¡apenas han conseguido resolver el protón! Nada, que la cuántica es pura complejántica 😛

cuñaocuñao

Además hace una hora ni siquiera cargaba la pagina, ya estaba a punto de llamarte pero no queria sacarte de los brazos de morfeo.

Maikelnai

Si, parece que se trataba de un problema de permisos. El bueno de Jose (al que molesto incluso los domingos) lo ha arreglado con sus manos mágicas.

¡Qué haría yo sin él! 😉

MagankieMagankie

Cómo? que la operación se puede hacer por ordenador??? yo llevo 4 días enteros escribiendo números y números de quarks para poder realizar la operación y no se me había pasado por la cabeza hacerlo en un ordenador…

P.D: Necesito más libretas, llevo 14.368 y todavía no llevo un 1% de todo lo que necesito escribir…

PonCPonC

Que significa que toda la realidad es virtual? Vi un documental sobre cuántica hace tiempo, que explicaba que la realidad es como es por que nosotros la percibimos (cambiando el sentido de la cueva de Platón), que las partículas, las cosas no “son” sino que son tendencias probabilísticas, que mas bien “tienden a ser”. Estaría este trabajo del artículo enfocado hacia el mismo tema?

Carlos R.

Entonces, caminar sobre el agua, el reproducir pescados y vino… ¿Pueden tener una explicación? siendo que alguien(como los monjes y su meditación) logran cambiar la forma en que “normalmente” alguien percibe la realidad.

trompotrompo

ésta frase la dicen las señoras en un velatorio mientras sollozan acá en mi país

“no somos nada….”

ezeqdb

No puede ser así la física, cada cosa que leo lo hace mas bizarra..

no contentos con que no se pueda explicar la física a nivel astronómico, porque “sólo podemos observar” un 5% de la materia que mantiene cohesionada a las galaxias en caso de que no exista otra fuerza desconocida, y se inventa de ahí la materia oscura, ahora tampoco a nivel cuántico la suma de las masas de los componentes no llega al 1% del total del protón, ¿a quién se le ocurrió diseñar un universo taaan complicado? ¬¬

Hubiera estado bueno que aparezca por acá algún físico a aclarar un poco los tantos, pero si mal no entiendo, en el párrafo 3 dice algo así como:

el “espacio” que hay entre los tres quarks de cada protón, se mantiene así porque existe una fuerza nuclear fuerte que los retiene, y que de paso, en su campo generan unos gluones a partir de la nada, del vacío, y no sólo eso, sinó que del vacío estas partículas “virtuales” generarían masa de la nada al aparecer aleatoriamente.

para que esto tenga un poco de sentido, estos gluones al menos tendrían que “aparecer” en “reemplazo” a una energía que haya por ahí, y desaparecer “devolviendo” esa energía al campo.

tampoco habría alguna causa para que suceda eso aleatoriamente (un detonante o catalizador me refiero, como una cierta cantidad de energía en un lugar determinado)

y respecto a “qué” es la masa, también nos quedaríamos con la duda, sólo se sabría que el 1% es masa “real”, ¿esta masa estaría formada por bosones de Higgs “permanentes” o sea, que no fluctuan dentro de los quarks?

lamento mi precaria adaptación del lenguaje y deducción a lo poco que conozco de física cuántica..
espero que ningún físico que lea esto me insulte y me pueda responder algo xD

AlaAla

Para fortalecer mi comentario al respecto, invito a pinchar en “www.ciclos galácticos” o “www.el vacio es materia, aproximacion a la física”. Ambos documentos avalan la noticia del 13 de diciembre de 2008: “la física acaba de confirmar que la materia, aparentemente sustancia,… son en realidad fluctuaciones en el vacío”. Cierto que, en verdad, tal como se explica: “la energía de estas fluctuaciones del vacío debe sumarse a la masa total del neutron y del protón”, todo viene a a avalar que esas fluctuaciones tienen un carácter real, nada virtual, por supuesto…, aunque su permanencia tenga un valor temporal mayor o menor, pues: energía, indefectiblemente, equivale a masa. Otro aspecto de la cuesión es la poca claridad con que se presenta el origen del protón y del neutrón, que vienen, se dice, de quarks virtuales y gluones que burbujean (fluctúan) en el vacío, como si la virtualidad de los quarks y gluones (que suman masa) estuviese negando el constitutivo de la materia real( energía):masa perfectamente confirmada. En fin, digamos resumiento, que la aparición virtual, evanescente, burbujeante, no niega el carácter REAL, material, de la realidad cósmica.

arnoldarnold

Marchemos hacia el pasado hasta que se detenga el tiempo (diferencia de sucesos entre dos cosas vista por un observador )punto cero de la existencia material, llegaremos a la nada absoluta, si suponemos que esta es fluctuante matematicamente podemos decir que se produce una fluctuacion de +1_-1 ,+2_-2 ,+n_-n cuyo total es cero y en determinado momento aparecen dos fluctuaciones una en crecimiento y la otra en decrecimineto ( proceso inverso de n a 0 ) pero que pasa la fluctuacion en decrecimiento absorbe parte de la fluctuacion creciente y cuando ambas se normalizan una fluctuacion queda con un valor positivo y la otra con un negativo comenzando a girar una alrededor de la otra para desintegrarse

arnoldarnold

PARTE 2: y asi sucesivamente muchos pares de fluctuaciones quedan atrapadas ,no se pueden descomponer aunque el resultado de la ecuacion total en el universo sigue dando cero , estas flucuaciones pasan a ser particulas que se asocian ,unen y forman las nebulosas y despues es por todos conocidos el final , lo que no se puede entender es porque fluctua algo que no existe o que siempre existio

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