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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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El Bin Bang

Las teorías de gran unificación

 

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

 

 

 

Universe_expansion_es

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.

 

Las teorías de gran unificación

La teoría electrodébil y la cromodinámica cuántica tratan la materia en condiciones que podemos reproducir sobre la Tierra en los aceleradores de partículas. Pero los primeros instantes del Universo se caracterizan por temperaturas y densidades mucho más allá de nuestras posibilidades. Sólo un enfoque teórico puede, pues, ayudarnos a comprender cómo partículas y fuerzas se comportaban justo después del Big bang.

Las teorías de gran unificación

La teoría y la experiencia han mostrado que, cuando la energía de las partículas alcanza un cierto umbral, las interacciones electromagnética y débil se confunden para no ser más que una: la interacción electrodébil. De la misma forma, se puede considerar que, si se sigue aumentando la energía de las partículas, llega probablemente un momento donde la fuerza nuclear fuerte viene a unirse a la interacción electrodébil. Esto debería producirse cuando la energía alcanza un nivel equivalente a una temperatura del orden de diez mil cuatrillones de grados (1028, o un 1 seguido de 28 ceros).

Desde los años setenta, varias de las llamadas teorías de gran unificación han tratado de dar dar una descripción unificada de la fuerza electromagnética y de las fuerzas nucleares débil y fuerte. Estas teorías son, sin embargo, muy difíciles de decidir o confirmar experimentalmente, ya que no existe acelerador suficientemente potente para probarlas. Incluso el LHC (Large Hadron Collider) sólo puede alcanzar una energía equivalente a un billón seiscientos mil millones de grados creando colisiones entre núcleos de plomo, lo que está muy lejos de la cuenta para este tipo de investigación.

 

Un ejemplo de teoría de gran unificación: el modelo de Georgi-Glashow

A manera de ejemplo, podemos considerar la teoría de gran unificación propuesta en 1974 por los físicos Howard Georgi y Sheldon Glashow, y a veces designada bajo el nombre de SU (5). Según esta teoría, además de los bosones de capacidad ya conocidos, el fotón, los tres bosones vectoriales intermedios y los ocho gluones, deben existir otros ocho bosones que los teóricos han llamado bosones X.

Estos ocho nuevos portadores se distinguen por su capacidad para vincular quarks y leptones. Según la teoría, en efecto, el intercambio de uno de estos nuevos bosones sería capaz de transformar un quark en leptón, y viceversa, lo que no es posible con ninguno de los otros bosones. Un ejemplo típico de resultado sería la desintegración de un protón para dar un positrón (un antielectrón, así pues, un leptón) y un pión (un mesón formado por dos quarks de primera generación), transformándose el pión inmediatamente en dos fotones.

La duración de vida del protón

La posibilidad de transformación de los quarks en leptones es una de las consecuencias más interesantes de esta teoría, ya que implica que el protón no es eterno, un efecto que podría ser detectado por la experiencia. Un protón sólo es para simplificar un cúmulo de tres quarks, y bastaría en principio que uno de estos quarks se transforme en leptón para que el cúmulo se desintegre. En su versión original, la teoría SU (5) podía, pues, predecir la duración de vida del protón (su media vida para para ser más preciso) y el resultado era de alrededor de 1031 años (1 seguido de 31 ceros, "diez quintillones").

Los resultados experimentales desgraciadamente no han confirmado este valor ni siquiera observado la desintegración del protón. Según el detector SuperKamiokande en Japón, el protón tiene una duración de vida, si se termina, de al menos 1033 años (mil quintillones). La teoría SU (5) en su forma original no está, así pues, confirmada por la experiencia.

De manera más general, y por las razones de limitaciones experimentales mencionadas más arriba, ninguna de las teorías de gran unificación ha sido confirmada por el momento, y el concepto mismo de gran unificación no está probado, lo que no impide a los teóricos atacar un problema aún más difícil: una teoría del Todo.

 

 

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

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