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Línea del Tiempo: Desde la nada hasta nosotros

Era 1: La Inflación

Al principio de todo el universo era extremadamente pequeño, inclusive, más pequeño que un átomo. En aquel entonces el espacio-tiempo no existía, de hecho, sólo existía la fuerza universal y un solo tipo de partícula fundamental. Las condiciones eran extremas, el calor era indescriptible. En una pequeña fracción de segundo, ocurrió el Big Bang, la inflación expandió cada parte del espacio por un factor de al menos 10². A medida que la inflación cesaba, el universo pasó a tener aproximadamente el tamaño de una pelota.

Era 2-3: Desaceleración
Luego de la inflación todo era una gran plasma o una sopa de quarks y otras partículas subatómicas. Los fotones y otras partículas de alta velocidad, generalmente llamados radiación, gradualmente perdieron energía mientras el universo se expandía. Cuando el universo recién se había creado existía la materia y su archienemiga, la antimateria. Se cree que por alguna razón había más materia que antimateria, por lo tanto, al colisionar toda la materia con la antimateria, la materia prevaleció; creando a nuestro universo hecho de materia y no antimateria. Gracias a que nuestro universo no es perfecto, la gravedad tuvo oportunidad de hacer su trabajo. Las partículas empezaron a juntarse creando cúmulos de materia que eventualmente crearían estructuras más complejas como estrellas, que a su vez crearían otros elementos, hasta permitir la vida en la tierra. 
Era 4: ¿Aceleración?
El universo se había desacelerado permitiendo la creación de galaxias y la vida. Sin embargo, varias observaciones mostraron que el universo se está acelerando. La culpable de esto es la llamada energía oscura. Mientras la gravedad supone desacelera y reversa la expansión, la energía oscura hace todo lo contrario, acelerando el universo, y alejando las galaxias cada vez más. Actualmente, no se sabe qué es la materia oscura, se espera que futuros experimentos arrojen pistas de su origen.

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Línea del Principio del Tiempo


Durante el más ínfimo momento, 10¯43s, la temperatura era extremadamente caliente, y la densidad indescriptible. En ese instante sólo existen una única fuerza universal y un solo tipo de partícula elemental. Pero no podría durar, la gravedad finalmente se separó de esta unión. 

Cuando el tiempo era 10¯³⁵s, la fuerza nuclear fuerte dejó la unión de igual manera, y esto produjo la inflación. Este suceso creó al universo instantáneamente, creciendo ferozmente desde un pequeño átomo hasta un tamaño increíblemente grande. Como consecuencia de esta expansión, el universo comenzó a enfriarse hasta 10²⁷°C, permitiendo que 6 tipos diferentes de quarks se formaran (Up, down, charm, strange, top, and bottom).



Finalmente, cuando el tiempo era 10˄-12, y la temperatura 10˄15°C, la fuerza nuclear débil y el electromagnetismo se separaron, y tenemos las 4 fuerzas fundamentales que conocemos hoy día. Se formaron los 6 tipos de leptones (Electrón, muón, tau, electro-neutrino, muo-neutrino, y tau-neutrino).  

Los quarks arriba y abajo formaron los protones y neutrones. Todos los quarks y leptones pesados se desintegraron, toda la antimateria desapareció, y en el momento en el que el universo tenía apenas un segundo de edad, los protones y neutrones se juntaron para formar el núcleo atómico.

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La Termodinámica y la Entropía

La termodinámica es la ciencia que estudia la relación entre el calor y otras formas de energía. Puede ser resumida en tres leyes que describen los fundamentos de la energía.
 Primera ley de la Termodinámica: No puede ganar


La energía siempre se conserva, no puede ser creada ni destruida.


La primera de ley de la termodinámica, también llamada la ley de la conservación de la energía, nos dice que la energía puede ser transferida desde un sistema a otro, y que nunca puede ser destruida ni creada, ya que la energía disponible en el universo es constante.


Segunda ley de la Termodinámica: Sólo puede perder
El calor siempre pasa de los cuerpos calientes a los fríos, y no al contrario.
La segunda ley de la termodinámica nos dice que el calor no puede fluir de un objeto frío a otro caliente. Ustedes dirán que eso no es necesariamente cierto, ya que, por ejemplo, los aires acondicionados pueden generar frío sin producir calor. Pues piénselo una vez más, porque de hecho, al enfriar los aires acondicionados generan gran cantidad de calor, cosa que podemos corroborar echándole un vistazo más de cerca. Este mismo mecanismo se aplica a las refrigeradoras por ejemplo, y a todos los sistemas que conocemos.
Entropía: Desorden.
La entropía, aunque suene complicado es relativamente sencilla, no es más que el desorden de los sistemas. A mayor temperatura mayor entropía, y a menor temperatura menor entropía. Por lo tanto, en el estado de condensación de Bose-Einstein, la entropía es casi nula, mientras que en el estado gaseoso hay mucha entropía, ya que, mientras en el estado de condensación las partículas están agrupadas, en el estado gaseoso las partículas están dispersas por todas partes.

El demonio de Maxwell
Maxwell ideó una forma de contrarrestar la segunda ley de la termodinámica con un experimento mental conocido como el demonio de Maxwell.
Imaginemos que tenemos una caja, que tiene una pared con una puertecita atravesándola, un pequeño diablillo es quién controla puerta. Dentro de la caja tenemos dos gases idénticos A y B. “A” tiene una temperatura más alta que “B”. El diablillo es capaz de reconocer cuáles partículas se mueven más rápido, y cuáles se mueven más lento, y entonces decide abrir la puerta para separar las partículas rápidas de las lentas. Esto contrarrestaría la ley, ya que el lado caliente se haría más caliente, y el frío se haría más frío.
Sin embargo, si tomamos en cuenta el trabajo que hace el diablillo, nos daremos cuenta de que en realidad no ocurre dicha infracción. Ya que el trabajo requiere de energía, por lo tanto la entropía no disminuiría.

La tercera ley de la Termodinámica: No puede abandonar el juego
El inalcanzable cero absoluto.
Ésta ley nos explica que el cero absoluto no es más que un punto imaginario que no puede ser alcanzado ni en un laboratorio, ni en la naturaleza.
El cero absoluto (-273.15 °C) es una temperatura tan extremadamente fría que el movimiento de los átomos se detiene. En esta temperatura no hay temperatura térmica o calor, los átomos están alineados perfectamente y en consecuencia no existe entropía alguna.

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Estados de la Materia

¿Quién no recuerda los 3 clásicos estados de la matera? Sólido, Líquido, y Gaseoso. Sin embargo, la materia tiene más estados, poco comunes. Estados que a nuestros profesores de química no les gusta indagar mucho. Los elementos y compuestos pueden cambiar de una fase a otra cuando una fuerza física está presente. Un ejemplo de fuerza física es la temperatura. Los estados de la materia cambian cuando la temperatura varía. Generalmente, cuando la temperatura aumenta, la materia se vuelve más activa.  Primero, explicaremos brevemente los 3 básicos estados, y luego nos adentraremos a los demás.
En el estado sólido, las partículas están juntas y organizadas. En el líquido, las partículas están juntas pero desorganizadas. Y en el estado gaseoso, las partículas están esparcidas y, en consecuencia, desorganizadas.
Estado Plasmático
El plasma es un gas ionizado, que con suficiente energía permite que los electrones se separen de los átomos o moléculas, y permite que ambas especies, iones y electrones, coexistan. En efecto, el plasma es una nube de protones, neutrones y electrones, donde todos los electrones pueden liberarse de sus respectivos átomos, permitiéndole al plasma la habilidad de actuar como un todo, en lugar de actuar como un puñado de átomos.
El plasma es el estado más común del universo, abarcando más del 99% de nuestro universo visible. Por ejemplo, el plasma ocurre en nuestro sol y demás estrellas, en cuásares, en los destellos de rayos x de los púlsares, y en las supernovas. En la tierra, el plasma ocurre en la luz, las llamas, y las auroras.
Condensado de Bose-Einstein
El colapso de los átomos en un mismo estado cuántico, es conocido como el condensado de Bose-Einstein.
El condensado Bose-Einstein es un superfluido gaseoso formado por átomos enfriados a temperaturas cercanas a las del cero absoluto. Cuando los átomos se encuentran en esta situación el movimiento colapsa, por lo tanto, se encuentran congelados, en un mismo estado cuántico.

Superfluidos
Un superfluído puede ser un líquido o un gas, pero nunca un sólido. La transición a superfluído ocurre cuando todos los constituyentes del átomo empiezan a ocupar el mismo estado cuántico. Esto ocurre cuando los átomos están muy cerca, y se enfrían tanto que sus funciones cuánticas de onda empiezan a parecerse, y los átomos pierden su identidad, comportándose como un único superátomo, en lugar de un grupo de átomo. Es decir, tienen el mismo moméntum (cantidad lineal), por lo tanto si un átomo se mueve todos lo harán.

Estado vítreo
El estado vítreo es un sólido amorfo que muestra la transición de un vidrio cuando es calentado a un estado líquido. Las partículas no poseen una estructura ordenada. No tienen formas y caras bien definidas.
Condensado Fermiónico
El estado fermiónico es similar al condensado de Bose-Einstein, pero está compuesto de fermiones. El principio de exclusión de Pauli nos dice que los fermiones no pueden entrar a la fase en la los fermiones poseen el mismo estado cuántico; sin embargo, un par de fermiones pueden comportarse como un bosón, y por lo tanto, mucho de esos pares pueden entrar al mismo estado cuántico sin restricciones.

Plasma de Quark-gluon

 
En este estado los quarks son libres de moverse independientemente en un mar degluones. Este estado sólo puede producirse en aceleradores de partículas por décimas desegundos.
 

Singularidad Espaciotemporal
Este es un estado predicho por la relatividad general. Nos dice que en el centro de un agujero negro no existe ningún tipo de estado de la materia, no es un objeto material sino una propiedad del espacio-tiempo en un lugar.
Materia degenerada
El principio de exclusión de Pauli establece que dos fermiones no pueden tener el mismo estado cuántico, por lo tanto la presión aumenta. Un ejemplo es la degeneración de electrones, la cual es encontrada en las enanas blancas. En este estado los electrones permanecen unidos a los átomos, pero son capaces de transferirse a otros átomos contiguos. La degeneración de neutrones es común en las estrellas de neutrones. Cuando suficiente presión gravitacional es presente, es capaz de comprimir los átomos tan fuertemente, que los electrones están forzados a combinarse con los protones, mediante la inversa de la desintegración beta, como resultado hay una conglomeración superdensa de neutrones.

Estos son sólo uno de los pocos estados de la materia, y los más interesantes a mi parecer. Sin embargo, existen muchos otros estados.

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La Materia y la Energía Oscura

Durante miles años creímos que todo lo que veíamos iluminado era lo que componía el universo. Sin embargo, ahora sabemos que lo que no vemos es lo que realmente guarda los secretos del universo.


Ahora sabemos que existe una misteriosa materia, la materia oscura el 21 % del universo. La energía oscura es una energía de repulsión y está alejando más y más las galaxias. Combinadas la materia y la energía oscura componen el 96% del universo.


La materia oscura no emite luz, ni absorbe luz, no interactúa con la luz en lo más mínimo. Sólo ha logrado ser observada indirectamente, pero nunca capturada. Sabemos que existe ya que su presencia pudo ser capturada por las lentes gravitatorias, ya que la materia oscura desvía los rayos de luz. Las lentes gravitatorias nos permiten conocer la cantidad de materia oscura y su distribución en el universo.


¿De qué está compuesta la materia oscura? No tenemos ni la más mínima idea. Sin embargo, hay ciertos candidatos.
1. Agujeros Negros
-No emiten luz
-Pueden atraer materia
-Son detectados por lentes gravitatorias


2. MACHO (Objeto Masivo de Halo Compacto)
-Masa elevada
-Emite poca luz
-Presente en todas las galaxias

3. Enanas Marrones
-Estrellas fallidas
-Tamaño superior al de Júpiter
-No emiten luz intensa
-Masivas

4. Neutrinos
-Alta energía
-Atraviesan la materia ordinaria
-Poca masa

5. Axiones
-Muy ligeros
-Creados en el big bang
-Existen millones en el universo,
-Pueden transformarse en protones

Aunque estos candidatos comparten ciertas características con la materia oscura, en realidad, ninguno de ellos parece ser lo suficientemente factible.  Por ejemplo: Los neutrinos son demasiado ligeros, las enanas marrones demasiado pocas, los axiones muy inestables, etc. La idea más extendida es que la materia oscura se compone de WIMPS.

Los WIMPS interactúan solamente con la fuerza nuclear débil y con la gravedad. Su masa es realmente elevada en comparación con otras partículas, por lo tanto, deberían moverse muy lentamente, y por tanto, ser muy frías, y es por ello que deberían permanecer concentradas. Actualmente se han realizado experimentos para detectar a los WIMPS; sin embargo, no se han arrojado resultados que comprueben su existencia.
Mientras la materia oscura agrupa la materia, la energía oscura la repele.
Años atrás los científicos esperaban ver un universo en retroceso, siendo atraído por la gravedad. Sin embargo, lo que descubrieron los dejó sorprendidos, ya que el universo se está acelerando no ralentizando.  ¿A qué se debía esto? No había una explicación concreta a este fenómeno, pero supusieron que tenía que haber una energía responsable de la aceleración del universo, y la llamaron energía oscura.

La energía oscura es lo opuesto de la gravedad, mientras la gravedad atrae la masa, la energía oscura la repele, acelerando el universo cada vez más. Mediante los telescopios podemos observar cómo las galaxias se alejan de nosotros. Las galaxias más lejanas se alejan más rápido que las cercanas a nosotros.
Cuando se habla de la materia oscura, uno suele recordar una teoría que Einstein llamó su mayor error, la constante cosmológica. Einstein afirmó añadir su constante cosmológica a las ecuaciones de la relatividad general fue su mayor error. El término tenía en cuenta la aceleración y desaceleración del ritmo de expansión del universo para compensar la gravedad. Einstein no necesitaba ese número y lo abandonó. Sin embargo, resulta que “el mayor error de Einstein” se parece mucho a lo que ahora se conoce como energía oscura.
Si la energía oscura sigue su curso como lo ha estado haciendo hasta ahora, nuestro universo se irá alejando cada vez más, hasta acabar en un desierto frío sin vida. Todavía no se conoce con certeza ni la materia ni la energía oscura, sólo podemos especular sobre ella.
“El universo está compuesto principalmente de materia y energía oscura, y no sabemos qué son ninguna de las dos.” Saul Perlmutter

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Incógnitas de la Física

Principio de incertidumbre de Heisenberg
El principio de incertidumbre de Heisenberg nos dice que no se puede conocer la velocidad y la posición de una partícula simultáneamente. Nunca se puede conocer una con exactitud si la otra ha sido medida, lo que provocaría una serie de incertidumbres. Cuanto mayor es la precisión con la que se mide una, menos información tenemos de la otra.
Heisenberg decía que el sólo hecho de observar una partícula la modifica. En consecuencia, es imposible predecir con exactitud el pasado o fututo de una partícula subatómica.
El gato de Schrödinger
Vivo y Muerto
El gato de Schrödinger es un experimento mental para demostrar lo ridícula que era la interpretación de Copenhague, la cual trataba de explicar la mecánica cuántica argumentando que mientras un observador no intervenga, las partículas permanecen en un estado confuso entre partícula y onda que no será determinado hasta que el observador vea si está como partícula o como onda.
Imaginemos que hay una caja con un gato dentro, junto hay un peligroso dispositivo. Este dispositivo contiene una botella de vidrio con un veneno muy volátil y un martillo que puede romper la botella o no. En un contador de Geiger se introduce una pequeña dosis de una sustancia radioactiva, tan pequeña que quizás dentro del curso de hora uno de los átomos puede desintegrase, aunque también existe la probabilidad de que no lo haga. Si el átomo se desintegra, el dispositivo dejará caer el martillo y romperá la botella. Si ningún átomo se desintegra, el gato seguirá vivo.
Como existe un 50% de probabilidad de que el gato esté vivo o muerto. De acuerdo con la interpretación de Copenhague, el gato se encontrará en un estado confuso entre vivo y muerto mientras no sea observado, cuando se abra la caja se determinaría cualquiera de los dos resultados. Sin embargo, sabemos que esta idea es ridícula puesto que no se puede estar vivo y muerto a la vez.
En 1957, Hugh Everett sugirió la idea de los universos paralelos. En tal caso, el gato estaría vivo en un universo y en otro estaría muerto.

La paradoja EPR: Entrelazamiento Cuántico
A Einstein le desagrada un poco la mecánica cuántica, ya que la consideraba como una teoría incompleta. Einstein, Boris Podolsky, y Nathan Rosen mostraron su descontento con la interpretación de Copenhague, creando la paradoja EPR.
Supongamos que tenemos una partícula X y otra partícula Y totalmente idénticas y entrelazas. Y decidimos tomar una y llevarla al otro extremo del universo. Según la incertidumbre de Heisenberg, no somos capaces de saber el moméntum y la posición de una partícula simultáneamente. Pero, si midiéramos el moméntum de la partícula X, significaría que la partícula Y adquiría “instantáneamente” el moméntum opuesto. Ahora, si se midiese la posición de la partícula Y, el caso sería el mismo con la partícula X. Por lo tanto, sabríamos tanto el moméntum como la posición de la partícula, esto es una seria violación a la incertidumbre de Heisenberg. Además que las partículas al encontrarse en extremos opuestos del universo, ¿cómo fueron capaces de afectarse instantáneamente violando uno de los principios de la relatividad que nos dice que nada puede viajar más rápido que la luz?
Estas eran una de las tantas quejas que Einstein y otros físicos tenían de la mecánica cuántica. Sin embargo, por extraño que parezca el entrelazamiento cuántico es real y Einstein estaba equivocado.  Esto no es más que una prueba de que la mecánica cuántica es simplemente sorprendentemente extraña.






En este caso se conocería el momento y posición de la partícula, lo que significaría una seria violación al principio de incertidumbre de Heisenberg.

Citando a Niels Bohr. “Quien no se sienta conmocionado ante la teoría cuántica es que no la ha entendido.”

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Universos Paralelos

Asumimos que algo no existe sólo porque no lo podemos ver. Desde hace mucho tiempo, los físicos que planteaban la idea de que los universos paralelos pudieran existir eran catalogados como locos ó de poca seriedad. Sin embargo, actualmente, se están dando cuenta de que quizás esta sugerencia tan descabellada puede ser correcta.
El científico Max Tegmark clasificó los universos paralelos en 4 niveles.
Nivel 1: El universo infinito
Esta teoría se basa en la idea de que existen millones de universos, pero están tan lejos que su luz no puede alcanzarnos, y pasan desapercibidos. Esta idea propone que el universo es infinito, y sacando las cuentas podemos concluir que en un universo infinito todo es posible, y por lo tanto, pueden haber múltiples copias de nosotros mismos; cada posibilidad ocurre en algún universo paralelo, en algunos ni siquiera existimos. Así que la próxima vez que tenga que tomar una decisión recuerde que habrá universos enteros donde sucederán todos los posibles resultados si hubiese tomado otra decisión.




Nivel 2: Burbujas flotantes
En ésta teoría cada universo se encuentra dentro una gigantesca burbuja, que flotan en el hiperespacio, llamado Bulk. Cuando estas burbujas colisionan crean otros universos, o se destruyen. De hecho, el Big Bang pudo haber sido una colisión entre dos burbujas que crearon un nuevo universo. En este caso, el Bulk sería infinito, por lo que en este nivel todas las posibilidades ocurren igualmente.

Nivel 3: Locura Cuántica

En éste universo, cada vez que hacemos una decisión cuántica, el universo se multiplica las veces que sean necesarias para crear todos los posibles resultados. Por ejemplo: si usted toma su derecha en lugar de su izquierda, nuevos universos serán creados para recrear que hubiese ocurrido si usted hubiese tomado cualquier otra dirección. ¡Imaginen la cantidad de universo! INFINITO.

Nivel 4: Surrealismo Universal

Estos universos poseen otras leyes de física, y no están limitados por nada. En uno de estos universos, llueven caramelos y los cerdos vuelan.

 


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La Gravedad

Todos los objetos con masa en el universo atraen a todos los objetos con masa. La fuerza invisible que provoca que dos masas se atraigan es lo que llamamos Gravedad.
El concepto de la gravedad fue descubierto por Sir Issac Newton en el siglo XVII. Se le ocurrió cuando vio una manzana caer. La manzana le ayudó a darse cuenta de que todos los objetos se atraen entre sí, y cuanto mayor es la masa, mayor es la atracción.
La gravedad tuvo un papel crucial en la creación del universo. Cuando ocurrió el Big Bang, millones de partículas salieron esparcidas por todas partes, y fue la gravedad quien juntó las partículas, permitiendo que crearan átomos, estrellas, y a nosotros. Sin la gravedad, el universo sería un lugar con partículas solitarias vagando por el espacio.  
¿Cómo funciona la gravedad?
La luna atrae a los océanos, la tierra atrae a la luna, el sol atrae a la tierra, etc. Cuanto más cerca estén estos objetos entre sí, mayor será la atracción. Sin embargo, Sir Issac Newton nunca entendió por qué se produce esto. Doscientos años tuvieron que transcurrir para que el hombre por fin comprendiera el funcionamiento de la gravedad. Todo gracias a la famosa teoría de Einstein, la Relatividad General.
La Relatividad General nos muestra que el universo reposa en un tejido llamado espacio-tiempo; y que este espacio-tiempo puede deformarse por la masa de los objetos. Esta curvatura del espacio-tiempo, es lo que todos conocemos como gravedad. De acuerdo con Einstein, la gravedad no era una fuerza sino más bien una consecuencia de la deformación del espacio-tiempo producida por la masa. Sin embargo, Einstein se dio cuenta de que si el universo realmente funcionaba así, la gravedad finalmente haría que todo colapsara en un mismo centro. Pero, ¿qué evitaba que esto ocurriera? Para contrarrestar este efecto Einstein ideó la constante cosmológica, que tendría un efecto contrario al de la gravedad, y de esta forma evitaría que todo se consumiera. Sin embargo, Einstein no tardó en darse cuenta de que este modelo no era el adecuado, y tuvo que enfrentar el hecho de que el universo había tenido un comienzo, y como se encontraba en expansión, esto contrarrestaba el efecto de la gravedad.
Einstein unió el cielo con la tierra con la teoría de la relatividad. Maxwell unificó la electricidad con el magnetismo. Einstein creía que todo debería combinarse para crear una teoría completa, una teoría de todo que unificara todas las leyes del universo, y que combinara su concepto de la gravedad con el electromagnetismo. Sin embargo, él descubrió que las diferencias entre estas dos fuerzas eran enormes. La mayoría de las personas tienden a pensar que la gravedad es extraordinariamente fuerte. Sin embargo, si la comparamos con el electromagnetismo, es de hecho, débil. El electromagnetismo es millones de veces más fuerte que la gravedad.
La gravedad es totalmente diferente de las otras 3 fuerzas fundamentales, porque es la más débil. Los físicos no podían combinar la relatividad de Einstein con la mecánica cuántica (combinación del electromagnetismo, y las fuerzas nucleares fuerte y débil). Se necesitaba una forma de explicar y unificar la gravedad con las otras fuerzas, una teoría explicando todo. La solución: la teoría de cuerdas, también llamada la teoría M.
La teoría M se basa en la creencia de que todas las partículas están compuesta de pequeñitas cuerdas. Tan pequeñas, que si supusiéramos que el átomo es del tamaño del sistema solar, una cuerda sería del tamaño de un árbol en la tierra. Para que esta teoría funcione, once dimensiones son necesarias. En una de las dimensiones las cuerdas son capaces de estirarse, hasta tener incluso el tamaño de nuestro universo, a estas cuerdas gigantes se les llama branas. Todo esto lleva a la conclusión de que nuestro universo no es único como se creía, sino que hay una cantidad infinita de multiversos. De hecho, nuestro universo puede ser sólo una brana más.

Ahora, ¿qué tiene que ver esto con la gravedad? Al principio los científicos pensaban que todo consistía de cuerdas cerradas. Pero, con la teoría M se cree que todo lo que nos rodea, masa y luz, está compuesto de cuerdas abiertas. El gravitón, la partícula portadora de la fuerza gravitacional, sería la única partícula compuesta de cuerdas cerradas. ¿? ¿Y entonces?
Eso significaría que todos los objetos compuestos de cuerdas abiertas, están sujetos a nuestra brana (universo), ya que uno de los extremos está pegado a ella. Y por ello, no somos capaces de percibir los otros multiversos. La gravedad, al estar compuesta de cuerdas cerradas, no tiene ataduras a nuestro universo, y por lo tanto, es libre de vagar por todos ellos. Esto haría que la gravedad, apareciese en nuestro universo como una fuerza débil, pero no es más que la consecuencia de que esté divida entre todos los multiversos posibles.

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SUSY: Supersimetría


La supersimetría es una teoría que propone que cada partícula tiene una supercompañera. Las partículas supercompañeras tienen mayor masa que las partículas originales. Además de ser más inestables, y raramente interactúan.
Se cree que al principio sólo existía la superfuerza, totalmente simétrica. Estaba compuesta de lo mismo y todo se comportaba de la misma forma. Pero a medida que el universo se expandía, ésta simetría se rompió, creando la gran variedad de partículas que existen hoy en día.
Sabemos que el modelo estándar de divide en dos familias: los fermiones y los bosones. La supercompañera de un quark (fermión), vendría a ser el Squark (Bosón); ó, la supercompañera de un Fotón (bosón), sería un Fotino (fermión). Esta simetría entre la materia (fermión) y la fuerza (bosón) es lo que llamamos supersimetría.

Existen muchas especulaciones sobre si la supersimetría es real o no. Si es real, la supersimetría resolvería una de las más grandes cuestiones de la física de partículas. Además, podría contribuir a la teoría de supercuerdas. Actualmente, los científicos del LHC (Gran Colisionador de Hadrones) esperan comprobar o desmentir la teoría de la supersimetría, de una u otra forma será un gran avance para el desarrollo de la nueva física.

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El Bosón de Higgs


El bosón de higgs es una de las partículas más populares actualmente. Noticias sobre su búsqueda están por todas partes. De hecho, construyeron un gigantesco acelerador de partículas para corroborar su existencia o desechar la idea. Pero, ¿qué es el bosón de Higgs? El bosón de Higgs es una partícula que explica por qué algunas partículas son más pesadas que otras.
¿Cómo funciona?
Existe algo llamado el campo de Higgs, mediante este campo podemos entender cómo la materia obtiene su masa. Para tener una idea de cómo funciona este campo, imaginemos que estamos con un actor famoso tomando una caminata, y de repente empiezan a acercarse los fans, dificultándole al actor el paso mientras que nosotros podemos seguir moviéndonos. El actor adquiriría más masa y caminaría más lentamente, mientras que nosotros seguiríamos estando ligeros, y caminado más rápidamente. Como un Quark Charm con 1.27 Gev, y un fotón con cero masa, muestran que un quark Charm interacciona más con el bosón de Higgs que un fotón.

Sin embargo, cuál es la diferencia entre un campo de Higgs y el bosón de Higgs. Como un vaso de agua y una molécula de agua, el campo de Higgs es un medio compuesto de millones de bosones de higgs que son indistinguibles, y el bosón vendría a ser la pequeña molécula, por así decirlo, que en grandes cantidades crea el campo de Higgs.

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La Antimateria

La antimateria y su paradero son uno de los grandes fenómenos del universo. Los físicos creen que al principio el universo tenía la misma cantidad de materia y antimateria. Aunque como podemos observar, el universo esta hecho de materia y no de antimateria. Esto se debe a que al comienzo había ligeramente más materia que antimateria y por lo tanto, la materia prevaleció. 


Se preguntaran ¿qué es exactamente la antimateria? Podemos decir que la antimateria es la gemela malvada de la materia, es exactamente igual que la materia solo que su carga es la opuesta. Por ejemplo, un protón y un antiprotón tienen la misma masa, únicamente que mientras el protón tiene carga positiva, el antiprotón tiene carga negativa. Todas las partículas tienen una antipartícula.



La materia y la antimateria son eternas rivales, ya que al entrar en contacto se aniquilan mutuamente, produciendo energía pura (rayos gamma). De hecho, estas colisiones son una de las grandes fuentes de energía del universo. Así que usted no querría darle la mano a su anti-gemelo.
Si lográramos aprovechar de algún modo la energía producida por estas colisiones, tendríamos una de las más eficaces fuentes de energía. Para tener una idea de lo asombroso que es esta energía, imaginemos que tenemos un puñado de materia y otro de antimateria, al colisionarlos, la energía producida sería suficiente darle electricidad a toda una ciudad por algunas semanas. Sin embargo, actualmente resulta muy costoso producir este tipo de antimateria.

¿Queda algo de antimateria en el universo?
La respuesta es sí. De hecho, podemos hallar un poco de antimateria en el centro de nuestra galaxia. Por extraño que parezca, los físicos también creen que puedan existir galaxias hechas de antimateria, del mismo modo que nuestra galaxia está hecha de materia.

Usos reales de la antimateria
Actualmente, partículas de antimateria obtenida a partir de la desintegración de material radioactivo son inyectadas al cuerpo para realizar un estudio PET (Tomografía por Emisión de Positrones) del cerebro. Los positrones, también conocidos como antielectrones, viajan a la parte del cuerpo que necesitan estudiar; cuando el positrón sale se encuentra un electrón y se aniquilan, entonces los rayos gamma se desprenden del cuerpo y son detectados. Estos se concentran en las parte del cerebro donde hay actividad mental, y luego pueden detectar la emisión de la radiación de positrones, creando la imágenes del cerebro que podemos ver.

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El Modelo Estándar


El principal propósito del modelo estándar es entender la materia. Este modelo está divido en dos partes, los bosones y los fermiones. A su vez, los fermiones se dividen en dos partes: los quarks y los leptones; mientras que los bosones se refieren a las partículas portadoras de las cuatro fuerzas fundamentales.
Los gluones son la partícula mediadora de la fuerza nuclear fuerte. Esta fuerza mantiene unido a los quarks para formar partículas compuestas, tales como el protón, el neutrón, y el mesón. Por otro lado, los leptones interaccionan únicamente con el electromagnetismo, la gravedad, y la fuerza nuclea débil. La combinación de los quarks, como el protón y el neutrón, con los leptones, como el electrón, crea los átomos.



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Las Partículas

Las partículas lo crean todo, desde un lápiz hasta una galaxia, están por todas partes. Las partículas de la materia se llaman fermiones, que se dividen en quarks y leptones. Por otro lado, están las partículas portadoras de fuerza llamadas bosones. Juntas crean el hermoso universo que tenemos el privilegio de ver hoy en día. Sin embargo, se preguntarán si todos estamos hecho de lo mismo ¿por qué somos diferentes entre nosotros? Bueno, eso se debe a las diferentes combinaciones de partículas que nos componen.
Podrás ver nuestra vasta colección de partículas. ¿Cuál es tu partícula favorita?

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QCD & QED








QCD: La Cromodinámica Cuántica explica la extraña naturaleza de los quarks y la fuerza nuclear fuerte. Los quarks son partículas subatómicas que siempre se encuentran en grupos llamados hadrones, no se pueden encontrar quarks confinados. Esto se debe a la fuerza que la interacción nuclear fuerte aplica sobre ellos. A diferencia de otras partículas, los quarks no tienen carga eléctrica, sino carga de color. Existen tres tipos de carga de color, correspondiente a los colores primarios: rojo, azul, y verde. Obviamente, esto es sólo una denominación, ya que no hay color visible alguno. Al igual que la suma de positivo y negativo es neutra o cero; la suma de los tres colores es blanco o neutro.
La partícula portadora de la fuerza nuclear fuerte es el gluón. Existen ocho tipos de gluones cada uno con propiedades distintas de color. Los quarks intercambian de color constantemente gracias al gluón que transporta la carga.

Libertad asintótica: A mayor distancia mayor fuerza

La fuerza nuclear fuerte tiene una característica peculiar que no comparten las otras fuerzas, la libertad asintótica. Cuando los quarks se encuentran más cerca entre sí, la fuerza aplicada es menor o casi nula; a medida que los quarks se alejan entre sí, la fuerza aumenta considerablemente. Todo lo contrario a la gravedad y el electromagnetismo cuya fuerza disminuye a mayor distancia.



Conservación de la Carga de color
Como había explicado antes los quarks tienen carga de color y constantemente interaccionan con los gluones intercambiando su carga de color. Sin embargo, un quark siempre conserva su carga de color. Por ejemplo: Si un quark azul cambia de carga a verde, emite en el proceso un gluón con carga azul y anti-verde. Por lo tanto, el verde y el anti-verde se eliminan, quedando la carga azul original.

Confinamiento de la carga de color
Mientras que el fotón puede vagar libremente, las partículas con carga de color no lo pueden hacer. Para comprenderlo mejor, imaginemos que tenemos un mesón, el cual está formado por un quark y un anti-quark, si nosotros tratáramos de romper esta unión entre quarks nos daríamos cuenta de que es simplemente imposible. Esto se debe a que cuando un gluón se ve en esta situación, crea el resorte que mantiene unido a los quarks se estira más y más. Sin embargo, si la distancia sigue aumentando, una nueva pareja de quarks y anti-quarks es creada; y a medida que se estira más, más parejas se quarks son creadas, este fenómeno es llamado hadronización.

QED: La Electrodinámica Cuántica describe la interacción entre partículas cargadas mediante el intercambio de fotones. Se puede decir que es la versión cuántica de la teoría de campo electromagnético, de modo que combina la mecánica cuántica con una descripción del campo eléctrico y las partículas subatómicas. Gracias al extravagante físico, Richard Feynman, podemos entender un poco mejor esta teoría mediante los famosos diagramas de Feynman.

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