| Documental | De qué está hecho el Universo (What is the Universe Made Of?) |
| Serie | La Fórmula Definitiva (The Ultimate Formula) E1 2014 |
| Producida | por NHK Enterprises |
| Excelente documental en el que se describe la historia de cómo diversos científicos llegaron a descubrir cuáles son los componentes básicos del Universo. | |
En el exterior del CERN se encuentra una roca erigida como un monumento a la Ciencia y en ella, grabada, está la fórmula matemática que en este momento parece estar más cerca de ser la Fórmula Definitiva para explicar el Universo.
Es una fórmula bastante compleja y difícil de entender para los profanos, pero más o menos se explica de la siguiente forma:
Existen 4 tipos de Partículas Elementales (e,v,u,d). Los Electrones son los que giran alrededor de los átomos. Los Quarks u y d son los que, en grupos de tres, componen los Protones (uud) y Neutrones (udd). Y por último están los Neutrinos (v), que permanecen en el interior del núcleo atómico y a veces salen de él viajando a la velocidad de la luz.
Los Electrones se mantienen en movimiento alrededor del Núcleo atraídos por la Fuerza Electromagnética.
Los Quarks u y d están unidos en el Núcleo gracias a una Fuerza conocida como Interacción Nuclear Fuerte.
Lo que causa que los Neutrinos salgan esporádicamente del Núcleo es una Fuerza conocida como Interacción Nuclear Débil.
Los físicos piensan que si comprendiéramos por completo estas cuatro Partículas Elementales y estas tres Fuerzas podríamos explicar TODO lo que ocurre en el Universo.
Paul Dirac, en los años 1920, intentó encontrar una fórmula matemática que describiera las propiedades de los electrones. Lo consiguió en gran medida basándose en las fórmulas de Schroedinger y aplicándoles la fórmula de la Simetría de Lorentz.
Robert Openheimer dio el siguiente paso al postular que las fuerzas que influyen en el movimiento de los electrones eran la consecuencia de un intercambio de partículas mensajeras, los fotones, que con su interacción mantenían los electrones atados electromagnéticamente al núcleo atómico. Pero a partir de ese punto surgió un nuevo problema, ya que desarrollando las ecuaciones que describían este fenómeno resultaba que la energía de UN electrón, de cada uno de TODOS los electrones del Universo, era infinita.
Interrumpidas sus investigaciones por la Segunda Guerra Mundial, muchos científicos fueron reclutados por el ejército, lo que dejó el problema de los Infinitos aparcado hasta que se resolviera el más inmediato de la construcción de la Bomba Atómica.
Tras el fin de la Guerra, Openheimer, acosado por problemas de conciencia por el hecho de haber fabricado la Bomba que destruyó cientos de miles de vidas, no pudo proseguir sus investigaciones.
Pero en 1948 recibió una carta de Sin-itiro Tomonaga, un físico japonés, que le informaba de que había conseguido resolver el problema de los Infinitos, aunque debido a la guerra que había enfrentado a sus países no había podido comunicárselo antes. Openheimer recomendó su trabajo a otros colegas e hizo que se publicara en una prestigiosa revista de Física.
Los resultados del desarrollo de esta fórmula permitieron calcular la cantidad de energía del electrón y las investigaciones experimentales dieron un resultado igual al predicho con hasta diez decimales, lo que ratificó aún más la idea de que su fórmula era correcta.
La Fórmula de la Fuerza Electromagnética había quedado completada.
Poco más se avanzó a principios de los años 1950, hasta que el físico Chen Ning Yang comenzó a estudiar la interacción Nuclear Fuerte que mantiene los Quarks u y d unidos en el núcleo atómico y la interacción Nuclear Débil que hace que del interior de los núcleos salgan disparados los neutrinos.
En 1954 publicó el resultado de sus investigaciones en las que mostraba la fórmula que permitía calcular esas fuerzas, trabajo por el que le concedieron el Premio Nobel de Física en 1957. Pero del desarrollo de sus fórmulas surgió una inesperada sorpresa. Se calculara como se calculara, la masa de las partículas implicadas en las interacciones era CERO.
Ya se sabía, desde principios del siglo XX que los fotones, partículas mensajeras de la interacción electromagnética, carecían de masa, pero la mayor parte de los investigadores pensaba que las demás partículas mensajeras sí deberían tenerla, y deberían ser MUY masivas. Pero los resultados del desarrollo de las fórmulas de Yang sugerían que, no sólo las partículas mensajeras, sino incluso las partículas elementales, carecían de masa.
¿Cómo podía resolverse la increíble paradoja de que los quarks u y d no tuvieran masa pero al juntarse tres quarks uud o udd formaran un protón o un neutrón con una masa enorme?
En 1961 el físico Yoichiro Nambu publicó un ensayo sobre la Fuerza Nuclear Fuerte en el que postulaba que las leyes físicas basadas en la simetría podían romperse espontáneamente, y en la transición de la ruptura era cuando los quarks adquirían su masa.
El fenómeno de la Ruptura Espontánea de Simetría permitió explicar la masa de los quarks. El siguiente reto era explicar la masa de los electrones, neutrinos y partículas mensajeras de la interacción Débil.
En 1967, Steven Weinberg, basándose en el trabajo previo del físico Peter Higgs, propuso que existía una partícula, el Bosón de Higgs, que aparecía espontáneamente en todo lugar del espacio y que al interactuar con las partículas elementales producían la Ruptura Espontánea de Simetría, haciendo que las partículas experimentaran una resistencia al movimiento que era lo que familiarmente conocemos como Masa.
Su teoría no fue bien recibida por la comunidad científica. Algunos afirmaban que era un intento desesperado por explicar algo que aún estaba por resolver. Otros opinaban que no era una solución elegante, en el sentido de que no contenía las propiedades de simetría de otras fórmulas similares. Stephen Hawking incluso apostó a que el Bosón de Higgs no existía.
Hubieron de pasar cuarenta años para que en el CERN, en 2012, una colisión de partículas de inmensa energía se resolvió en la emisión de un Bosón de Higgs, lo que demostró que la fórmula de Weinberg era correcta.
Por fin, tras un siglo de estudios, investigaciones y experimentos, los físicos habían conseguido desarrollar una fórmula completa que explicaba todas las propiedades y características de las cuatro partículas y tres fuerzas fundamentales que hacían funcionar el Universo.
¿Cómo se traduce esta fórmula en una descripción del Universo que a los profanos les pueda ser comprensible?
Los científicos resumen el Origen del Universo de la siguiente forma.
El Universo nació según el plano que mantiene la Perfecta Simetría y que es la Fórmula Definitiva. En ese momento todas las partículas elementales carecían de masa y volaban diseminadas. El espacio vacío entre estas partículas se llenó con un número enorme de pequeños Bosones de Higgs que provocaron la Ruptura Espontánea de la Simetría generando la masa e iniciando el proceso que llevó a la formación de protones, neutrones y átomos.
Dotados de Masa, los átomos iniciaron el proceso que llevaría a la formación de Estrellas y Galaxias. Y, siguiendo las mismas leyes, en el interior de las estrellas se formaron los elementos más pesados que, esparcidos por el espacio tras la explosión de muchas estrellas, dieron origen a otras estrellas, esta vez con planetas sólidos en su órbita.
Y en algunos de ellos surgió la Vida y, en el nuestro en particular, la Inteligencia.
Y todo ello gracias a las propiedades físicas de las partículas y fuerzas que hemos tardado un siglo en describir y reflejar en La Fórmula Definitiva.
Pero, ¿es realmente La Fórmula Definitiva?
Aún hay un elemento que falta en esta fórmula: La Gravedad.
Los científicos han pensado siempre que la Fuerza Gravitatoria es tan débil y la masa de las partículas es tan pequeña, que la Gravedad no tendría importancia a la hora de comprender el comportamiento de las cuatro Partículas Elementales. Y a pequeña escala tienen razón.
Pero a Gran Escala, cuando trabajamos con Piedras, Planetas, Estrellas y Galaxias, la Gravedad adquiere una gran importancia.
Los científicos siguen trabajando, reconociendo que esta fórmula aún está incompleta y lo seguirá estando mientras no encuentren un modo de integrar la Fuerza Gravitatoria en La Fórmula Definitiva.
Continúa en La Formula Definitiva: ¿Cómo Nació el Universo?
Escrito y Publicado el 1 de Agosto de 2016