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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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El Bin Bang

Los bosones: portadores de fuerzas

 

Las partículas y las fuerzas
Los fermiones: quarks y leptones
Los bosones: portadores de fuerzas
Las teorías de gran unificación
La teoría del Todo
Las partículas virtuales

La era de Planck y la inflación
La era de Planck
La era inflacionaria
La homogeneidad del Universo
La planitud del Universo
La aparición de la materia y la bariogénesis

La evolución de la materia
El confinamiento de los quarks y la era hadrónica
El desacoplamiento de los neutrinos y la era leptónica
La nucleosíntesis primordial
La recombinación y la radiación fósil
Las fluctuaciones de densidad primordiales

Algunas curiosidades
La dualidad onda-partícula
La paradoja EPR y la no separabilidad
El ajuste de las constantes fundamentales
El gato de Schrödinger
Los universos paralelos

 

 

 

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Según la teoría del Big Bang, el Universo se originó en una singularidad espaciotemporal de densidad infinita matemáticamente paradójica. El universo se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofísicos se han alejado unos respecto de los otros.

 

Los bosones: portadores de fuerzas

Todos los fenómenos físicos observables en la naturaleza pueden explicarse recurriendo a cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitatoria, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. ¿ Pero qué es una fuerza?

 

Las fuerzas como intercambios de bosones

Una respuesta moderna a esta cuestión ha sido aportada a finales de los años 1940 con una teoría llamada electrodinámica cuántica (QED), que consigue clarificar el concepto de fuerza electromagnética apoyándose en las experiencias de la mecánica cuántica. En esta teoría, la interacción electromagnética no era más descrita como el resultado de un campo misterioso, sino como el resultado de un intercambio de fotones entre partículas.

Este éxito abrió también la vía a una mejor comprensión de la fuerza nuclear débil, una interacción menos conocida pero, sin embargo, fundamental, y cuyo principal efecto es la radioactividad beta y la transformación de protones en neutrones, y viceversa.

Al final de los años sesenta, los físicos Abdus Salam, Sheldon Glashow y Steven Weinberg mostraron que, como la interacción electromagnética, la fuerza nuclear débil podía interpretarse como un intercambio de partículas. No se trataba en este caso de un fotón, sino de tres diferentes portadores, llamados bosones vectoriales intermedios W+, W- et Z0

Estos tres tipos de partículas, en primer lugar nacidos en la imaginación de los físicos teóricos, se detectaron en 1983 en el Súper Sincrotrón de Protones, un acelerador de partículas del CERN, lo que probaba de manera brillante la exactitud de esta nueva visión de las fuerzas.

Dos fuerzas unificadas: la fuerza electrodébil

La reinterpretación del concepto de fuerza iba aún más lejos. Afirmaba que las fuerzas electromagnética y nuclear débil podían unificarse en una interacción única llamada fuerza electrodébil. Aunque aparentemente muy diferentes, las dos interacciones debían poseer una naturaleza profunda idéntica que sólo podía revelarse en condiciones extremas.

La teoría muestra que si las partículas en interacción tienen una energía enorme, correspondiente a una temperatura de mil billones de grados, las dos interacciones son indiscernibles, y los tres bosones vectoriales intermedios se comportan exactamente como fotones. Por el contrario, en condiciones ordinarias, las dos interacciones se diferencian, y los cuatro tipos de portadores encuentran propiedades distintas, por ejemplo, su masa.

La cromodinámica cuántica (QCD)

Paralelamente al desarrollo de la teoría electrodébil, se realizaron enormes progresos en la comprensión de la interacción fuerte. Visto el éxito de la electrodinámica cuántica, los físicos utilizaron los mismos principios básicos para describir la fuerza nuclear fuerte, la fuerza que garantiza la cohesión de los núcleos atómicos y sus constituyentes, los quarks.

En la nueva teoría, la cromodinámica cuántica, la interacción fuerte entre quarks se explica también como un intercambio de partículas: los gluones, entre los que existen ocho tipos diferentes. La fuerza así creada tiene un alcance muy débil, pero es muy potente, lo que explica que los quarks no se encuentran nunca en estado aislado, sino prefieren agruparse para formar un hadrón.

 

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El Modelo Estándar de partículas elementales: 12 fermiones fundamentales y 4 bosones fundamentales. Por favor, tenga en cuenta que las masas de algunas partículas están sujetas a reevaluaciones periódicas por la comunidad científica. Los valores actuales reflejados en este grafico son de 2008 y puede que no hayan sido ajustados desde entonces. Para el último consenso, por favor visitar Particle Data Group. Crédito: Wikimedia Commons

 

Puesto que las fuerzas electromagnética y nuclear débil pueden unificarse en una interacción única, ¿sería también posible unificarlas con la fuerza nuclear fuerte?.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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