Bosones, fermiones y la flecha del tiempo.

Las partículas que son indiferentes a la flecha del tiempo, quiero decir que las observamos igual cuando su futuro coincide con el nuestro que cuando van marcha atrás, entonces se pueden empaquetar varias partículas idénticas. Se llaman bosones y decimos que siguen las reglas de la estadística de Bose-Einstein.

Los bosones son partículas que carecen de proyección sobre la dimensión del tiempo y por eso son idénticas a sus antipartículas. Por ejemplo, los fotones, se pueden empaquetar en un rayo láser sin problema. Los bosones, si tienen masa no es porque doblen el tiempo sino porque sufren el campo de Higgs o fluzo del tiempo o interacción débil.

El resto de partículas, cambian algunas propiedades al invertir la flecha del tiempo. Son partículas para las que hay que distinguir dos estados para cada espín y dos estados para cada carga y por ello se emparejan contrarios. Se llaman fermiones porque siguen las reglas de la estadística de Fermi-Dirac. Dos fermiones no pueden coincidir en todas sus propiedades porque ocuparían el mismo nicho del universo, es decir, cumplen el principio de exclusión de Pauli.

Los fermiones para cada dimensión que no es el tiempo poseen cuatro estados en relación a la flecha del tiempo, según la curvatura:

Para la carga eléctrica, tenemos que la dimensión oculta u se puede doblar de cuatro formas: carga negativa (valle), espin (derecha), carga positiva (monte), espín (izquierda).

Para cada color, dimensión espacial (x, y, z), tenemos color, espín, anticolor, espín.

Una partícula de derechas puede convivir con otra de izquierdas para una dimensión, pero si no, se estorban. Una partícula monte y una partícula valle se atraen o se encajan o se anulan. Dos partículas exactamente iguales se repelen.

Hay un caso especial. Todos los fermiones son fermiones de Dirac, excepto el neutrino, que vuelve a ser indiferente al sentido del tiempo y se clasifica como fermión de Majorana. El neutrino es indiferente al sentido del tiempo porque, es una partícula unidimensional sobre el mismo eje del tiempo. Al carecer de proyección sobre el espacio y sobre u, es inmune a la flecha del tiempo. Una consecuencia de ello es que, oscilan entre las tres generaciones, en lugar de decaer de generación en generación.

La masa del protón por un millón de dólares.

En esta entrada, dentro de la serie de los límites de la física, analizamos la discrepancia entre la masa esperada y la obtenida del protón y del neutrón. Existe un premio de un millón de dólares para el que la justifique.

Repasemos lo que ya sabemos.

Los átomos están formados por núcleos y electrones. Los núcleos contienen protones y neutrones. Los protones están constituidos por dos quarks Up y uno Down y los neutrones por dos quarks Down y uno Up.

La fuerza de atracción que mantiene unidos los quarks dentro del protón y del neutrón es la fuerza nuclear fuerte que tiene tres colores Rojo, Verde, Azul (RGB por Red, Green, Blue en inglés). Los tres quarks del protón tienen distinto color, de forma que la suma es ‘blanca’.

En los mesones, de dos quarks, se unen un quark y un antiquark con un color y un anticolor, de forma que la suma es ‘negra’.

No hay quarks libres porque a medida que se separan es como si un muelle los juntara cada vez con más fuerza hasta que la energía del sistema es capaz de crear un par complementario y entonces se separan emparejados otra vez.

Los quarks disfrutan de los que se llama la libertad asintótica mientras están confinados en los hadrones (partículas formadas por quarks: los mesones (2q) y los bariones (3q)).

El problema es que la suma de las masas de los quarks ni de lejos es la masa del hadrón correspondiente:

Partícula	Masa
Quark Up	2,4
Quark Down	4,8
Protón (uud)	938
Neutrón (udd)	950
Pión+ (Up+anti Down)	140
Pión- (Down+Anti Up)	140
Pión0 (Down+AntiDown)	135
Pión0 (Up+AntiUp)	135

Es decir los quarks apenas justifican la masa del hadrón. Entonces la pregunta es ¿De dónde sale la masa de los hadrones?

Esta pregunta forma es una de las preguntas del milenio del Clay Mathematics Institute, CMI, dotado con un millón de dólares para el que aporte una solución. Se trata de

  El desfase de la masa de Yang y Mills

La descripción del problema nos pide que justifiquemos tres cosas:

Debe justificar la diferencia entre las masas de los protones y los quarks, y por qué los gluones, a diferencia de los bosones intermedios, no tienen masa.

Debe justificar el confinamiento de los quarks, es decir, por qué los quarks están libres mientras están juntos, pero la fuerza con la que se atraen se dispara cuando se separan hasta el punto de que se crean del vacío un par de quarks nuevos para impedir que estén solos. La intensidad de la gravedad o del campo electromagnético disminuye con la distancia, pero la intensidad de la fuerza nuclear fuerte funciona al revés: los quarks están  confinados y no se pueden separar.

Debe justificar el álgebra de los piones, mesones quark-antiquark, en los debe justificar la diferencia entre los quarks y los antiquarks.

Por el primer punto es necesario explicar por qué la fuerza nuclear es fuerte pero de corta distancia; por el segundo se necesita explicar por qué nunca vemos quarks individuales; y por el tercero se debe explicar la teoría del álgebra actual de piones que fue desarrollada en la década de 1960.

La propuesta desarrollada en mi libro es la siguiente:

Un quark es una partícula con tres ejes: (s, t, u), siendo s = 'x' o 'y' o 'z'. La teoría actual reconoce que los quarks del protón están permanentemente intercambiando gluones, es decir, cambiando de color, lo que nosotros debemos interpretar como rotando sobre las tres dimensiones espaciales manteniendo la dimensión u (unseen) y el eje temporal fijos.

Sin embargo, lo más probable es que los quarks confinados establezcan una cápsula dentro de la cual rotan en todas las direcciones, es decir, intercambian no sólo las curvaturas de las tres dimensiones espaciales sino también las otras dos o al menos la flecha del tiempo. 

Si la masa de los quarks es proporcional a la proyección del quark sobre la dimensión temporal, y estando confinado rota de forma que el color se convierte en masa, entonces su masa aparente sería mucho mayor.

En los quarks confinados, una consecuencia de la libertad asintótica es que el color se convierte en masa, es decir, los quarks están libres dentro del protón o del neutrón porque mientras no se separen no actúa la carga de color y al mismo tiempo, les es posible rotar transformando la carga de color en masa, es decir la curvatura de una dimensión espacial en curvatura de la dimensión temporal.

Bibliografía (de pago) en

Investigación y Ciencia: Las enigmáticas propiedades de los gluones

Investigación y Ciencia: 40 años de libertad asintótica

Puede tener sentido. 

El decaimiento de las partículas.

Uno de los motivos para escribir el libro ¿Por qué no comprendes ni la relatividad ni la física cuántica? es la naturalidad con la que por una parte reconocemos que las partículas elementales son 'elementales', pero, por otra parte y con la misma naturalidad, reconocemos que estas mismas partículas se rompen, se agrupan y se transforman entre ellas.

Siguiendo con el artículo de El enigma de la fórmula de Koide (Un premio Nobel para ti), vamos a analizar las transformaciones entre las partículas agrupadas como ‘leptones con carga’: es decir el Electrón, el Muón y el Tauón cuyas masas obedecen dicha fórmula, para proponer al final una posible interpretación (no explicación) de las tres generaciones de partículas

El electrón es una partícula elemental que posee una masa de 0,5 y por lo tanto está sometido a la interacción gravitatoria, posee una carga eléctrica (-1) y por lo tanto está sometido a la interacción electromagnética pero no posee carga de color y por lo tanto no siente la interacción fuerte.

El muón es igual que el electrón con una masa de 106 y el tauón es igual que el electrón con una masa de 1.777. Son la segunda y la tercera generación del electrón en el modelo estándar. Ambos, el muón y el tauón, son inestables y ‘decaen’ en otras partículas. Esto es lo que vamos a intentar describir literariamente en lo que sigue.

Masa de los leptones con carga

Mientras que la interacción fuerte, la interacción electromagnética y la interacción gravitatoria responden a curvaturas de las dimensiones del espacio-tiempo en las que se ‘acomodan’ las partículas, la interacción débil es el efecto del ‘fluzo’ del tiempo sobre las partículas: el universo se comporta como un espacio ligeramente viscoso por el que fluye el tiempo que arrastra las partículas con masa suavemente y las dispone de forma que ofrezcan el mínimo de resistencia a este flujo. Este efecto es el campo de Higgs y es el origen del decaimiento de las partículas con masa.

Como referencia podemos acceder a estos enlaces:

El decaimiento de las partículas (Wikipedia en inglés).

La interacción débil (Wikipedia en inglés).

Las partículas que resultan de estos procesos son más estables (duran más tiempo) y reducen de forma significativa su masa: al final quedan el quark Up, el electrón y el neutrino. El quark Down (4,8) tiene el doble de masa que el quark Up (2,4) y una vida media de un cuarto de hora (libre, cuando no abraza otros quarks). Las partículas de la segunda y de la tercera generación tienen una masa mucho mayor y duración menor. El tauón (1.777), por ejemplo, casi duplica la masa del protón (938). La fórmula de Koide, por ejemplo, exhibe esta disparidad de masas en los leptones con carga.

Las partículas se transforman y a veces se rompen para reducir este ‘rozamiento’ (estoy estirando el lenguaje) en varios grandes procesos:

• Los quarks de tipo Down se convierten en quarks de tipo Up de la misma generación. 
• Los quarks decaen de una generación alta a una más baja (siempre junto a la transformación anterior).
• Los neutrinos, o leptones sin carga, 'oscilan', en lugar de decaer, entre las tres generaciones.
• Los leptones con carga ‘decaen’.

Estas transformaciones debemos verlas como rotaciones y transformaciones en el fluzo del tiempo, que pueden liberar otras partículas y antipartículas. 

El proceso que vamos a desarrollar aquí es este último. Veremos en primer lugar la descripción y luego una posible interpretación.

Descripción del decaimiento de los tauones y de los muones.

El  tauón (Wikipedia en inglés), de la tercera generación, se rompe liberando siempre un neutrino tauónico (de la misma tercera generación), y además se crean con estas probabilidades:

• 18% de veces un electrón y un antineutrino electrónico (I generación).
• 17% de veces un muón y un antineutrino muónico (II generación).
• 65% de veces en hadrones (formados por combinaciones de quarks y anti quarks). En el esquema hay una de estas opciones (Down y anti Up) pero hay más.

El muón (Wikipedia en inglés), de la segunda generación, se rompe liberando un neutrino muónico (de la misma segunda generación), y además crea un electrón y un antineutrino electrónico.

Interpretación del decaimiento de las partículas.

Postulamos que los neutrinos son partículas unidimensionales sobre el eje del tiempo t; los electrones son partículas bidimensionales sobre el tiempo t y la dimensión oculta u (unseen) y por último los quarks son partículas tridimensionales sobre t, u y una dimensión espacial s.

La transformación del quark Down en Up es un proceso que ya hemos descrito anteriormente como una rotación en el fluzo, sin ser un cambio de generación.

Para los otros casos, si miramos las masas, tenemos que en cada una de estas transformaciones, se ‘pierde’ gran cantidad de masa pero los neutrinos no justifican esta enorme disminución de masa. Hagamos un balance para la transformación del muón en electrón:

Partícula	Masa
Muón	1777
Neutrino Muónico	<16
Antineutrino electrónico	Casi cero
Electrón	0,5

A la masa del muón (1777), le restamos la masa del neutrino moúnico emitido, le sumamos la masa del antineutrino electrónico y el resultado debería ser 0,5. Imposible.

En el acto de la medición de una partícula tenemos dos elementos: el sistema de referencia del experimentador y el sistema de referencia de la partícula. Entonces, la rotación de una partícula podría transformar carga eléctrica, carga gravitatoria o carga de color entre ellas y ello se debería percibir como una transformación de la partícula.

Por ejemplo, en el caso de la oscilación de los neutrinos, tenemos una partícula lineal, dispuesta sobre el eje del tiempo. Si esta partícula rota y se dispone sobre una dimensión espacial se podría transformar en un gluón, pero habría perdido la masa.

Por ello debemos recurrir al postulado del transformador topológico de la percepción (TTP) que introduce un tercer elemento, una lupa, entre el objeto observado y el sujeto que toma la medición.

Supongamos que los tres neutrinos son una única partícula caracterizada por una masa. La segunda y la tercera generación son resultado de la deformación creada por el TTP sobre la medición de la masa del neutrino.

Si reconocemos que, aparte de la interacción débil, tenemos tres interacciones y tres generaciones, podemos sugerir lo siguiente:

Una posible interpretación del decaimiento de las partículas es considerar que se trata de una rotación no de la partícula sino de la percepción que tenemos de ella. Por ello:

Las partículas de la segunda generación son las mismas que las de la primera pero la masa percibida resulta de una transformación de la masa de la primera por la intensidad de la carga eléctrica.

Las partículas de la tercera generación son las mismas que las de la primera pero su masa percibida resulta de una transformación de la masa de la primera por la intensidad de la carga de color.

La segunda y la tercera generación de los leptones con carga es el efecto de medir la masa del electrón (I generación) con la intensidad de la carga eléctrica (II generación) o con la intensidad de la carga de color (III generación).

La segunda y la tercera generación de los neutrinos es el efecto de medir la masa del neutrino electrónico (I generación) con la intensidad de la carga eléctrica (II generación) o con la intensidad de la carga de color (III generación). A diferencia de la familia de los electrones y de la de los quarks, esta rotación es simple y por ello los neutrinos oscilan en lugar de decaer.

Ello establecería una posible relación entre las masas de las partículas, las constantes de acoplamiento entre las tres fuerzas y la fórmula de Koide.

El enigma de Koide (Un premio Nobel para ti)

Una de las claves que nos llevarán a resolver las incógnitas del modelo estándar de partículas, es comprender por qué las partículas elementales que constituyen la materia tienen la masa que tienen, si no en valor absoluto, al menos relativamente entre ellas.

Tenemos en la Wikipedia (Modelo estándar):

Si nos detenemos en la última fila, tenemos en MeV:

El enigma es que existe una relación entre estas tres masas, pero nadie sabe explicar por qué.

En este artículo vamos a desarrollar esta relación en detalle que está expresada en la fórmula de Koide.

Pensemos en un cuadrado de lado la unidad, y coloquemos dentro dos cuadrados más.

Supongamos que ambos son iguales, entonces tienen de lado ½ cada uno y su superficie ocupa la mitad del cuadrado externo.

Ahora hagamos crecer el cuadrado de la izquierda, reduciendo el cuadrado de la derecha. En el límite, el cuadrado de la izquierda mide toda la superficie y el de la derecha queda anulado. La superficie de los dos cuadrados mide el cuadrado externo.

La superficie de los dos cuadrados en esta progresión pasa de 1/2  a 1 y existe un punto intermedio en el que la suma de la superficie de los dos cuadrados es ¾ de la superficie del cuadrado mayor (entre 2/4 y 4/4 tenemos ¾):

Matemáticamente, tenemos que la superficie del cuadrado de lado (a+b) es igual a la superficie del primer cuadrado más la del segundo más la superficie de los dos rectángulos ab que quedan fuera:

Cuando a=b, entonces cubren ½ del cuadrado externo, y cuando b=0, entonces cubren la totalidad del cuadrado externo.

Hagamos lo mismo con tres cuadrados dentro del cuadrado externo. Entonces tenemos que la suma de sus superficies va desde 1/3 (para a = b = c = 1/3) hasta  todo el cuadrado externo (para b=0 y c=0). En esta progresión hay una proporción en que la superficie de los tres cuadrados es 2/3 de la superficie del externo.

Para cuatro, tendríamos que van desde ¼ (para a = b = c = d = 1/4 ) hasta la totalidad  del cuadrado exterior, y así sucesivamente.

Ahora bien:

En el caso de dos cuadrados, existe una combinación intermedia entre ½ y 1 que cubre ¾ de la superficie del cuadrado exterior.

En el caso de tres cuadrados, existe una combinación intermedia entre 1/3 y 1 que cubre 2/3 de la superficie del cuadrado exterior.

Pues bien. La fórmula de Koide indica que la relación entre las masas del Tauón, el Muón y el Electrón es justo este último caso intermedio:

La suma de las tres masas es 1.884 y el cuadrado de la suma de las raíces de las masas es 2.826. La relación es con mucha precisión 0,666 (2/3).

Los tauones y los muones decaen  y se convierten en electrones. Su masa salta del cuadrado mayor al mediano y al más pequeño.

¿Por qué la propiedad 'masa' de estas partículas se comporta como un área?

Si quieres un Nobel, piensa ¿Por qué? o mejor ¿cómo?...

La relación entre las masas de las tres generaciones de partículas

Las masas de los leptones con carga  (el electrón, el muón y el tauón) son una extraña serie:

Masa de los leptones con carga

Que cumple la fórmula de de Koide (en inglés) (por su autor, en la Wikipedia) de forma verificada y con gran precisión (es más, predijo la masa del Tauón antes de ser detectado):

Fórmula de Koide

Esta relación probablemente se mantiene en los neutrinos y de alguna forma en los quarks, aunque las masas no se conocen con esta precisión.

Ésta es una de las claves que nos permitirán comprender qué son las tres generaciones de partículas.

La decisión de la antimateria

Uno de los grandes problemas de la física (uno más en el desastre actual) es por qué el universo se decidió por la materia en contra de la antimateria.

La pregunta es ociosa.

El problema de la antimateria es un problema de percepción. La materia está formada por los objetos que viajan con nuestra flecha del tiempo, el universo decoherente en el que vivimos.

El mismo objeto puede ser visto como materia o como antimateria, por consiguiente el universo nunca ha tomado ninguna decisión entre la materia o la antimateria.

Es simple.

La oscilación de los neutrinos III (Los pequeños fantasmas de Dios)

Siguiendo con la entrada anterior

Los pequeños fantasmas de Dios

Vamos a formalizar dos corolarios que surgen del modelo propuesto.

El primero es que la proporción esperada de neutrinos es de 1/5, 1/5, 3/5 en lugar de 1/3 para cada uno. Así:

Sabor	Proporción
Neutrinos electrónicos	1/5
Neutrinos muónicos	1/5
Neutrinos tauónicos	3/5

Esta proporción se deduce de que hay tres dimensiones espaciales frente a una dimensión oculta y a la flecha del tiempo.

El segundo corolario nace de la interpretación de las tres generaciones de neutrinos como una rotación y puede ser el inicio de una exploración matemática del modelo.

Un observador mide un neutrino con el sabor electrónico cuando parece que la flecha el tiempo del observador y la del neutrino son paralelas (aparte de la posible rotación relativista derivada de la velocidad relativa entre ambos).

Un observador mide un neutrino con el sabor muónico cuando la flecha el tiempo del observador y la del neutrino parecen perpendiculares y concretamente el tiempo del neutrino parece estar sobre la dimensión oculta u del observador.

Lo mismo para cada dimensión espacial en el caso del neutrino tauónico.

Este mismo modelo se puede interpretar de una forma quizás más sugerente y prometedora en relación a las tres generaciones de partículas, de la siguiente manera:

El observador de un neutrino electrónico mide la curvatura de la dimensión t como masa.

El observador de un neutrino muónico mide la curvatura de la dimensión u como masa.

El observador de un neutrino tauónico mide la curvatura de una dimensión x, y, z como masa.

Por consiguiente las tres generaciones de partículas no surgen de la rotación de la partícula, sino de la rotación de la percepción que tenemos de ellas.

Si se tratara simplemente de la rotación de la partícula estaríamos hablando de un cambio de partícula: Un neutrino lineal que sólo sufre la fuerza gravitatoria se convertiría en un ‘electrino’ que sólo sufriría la carga electromagnética o en un ‘colorino’ o ‘espacino’ sometido a la carga de color.

Sin embargo, lo que cambia en cada generación es la percepción que el observador tiene del neutrino. Los neutrinos de la segunda y de la tercera generación ‘engañan’ al observador exhibiendo como masa lo que es carga.

Extraordinario.

Los pequeños fantasmas de Dios (La oscilación de los neutrinos II)

El nombre está sacado de una conversación de @mikael_mm y @jsdiaz_

Francis Villatoro en

Naukas premio Nobel de física 2015

comenta el premio Nobel de física de este año a los descubridores de la oscilación de los neutrinos, lo que me da pie, desde la entrada antigua de este blog

La oscilación de los neutrinos

a avanzar en la comprensión de la naturaleza de los neutrinos.

Los Neutrinos, a diferencia de los Quarks que ya han salido varias veces en este blog, debemos verlos como objetos unidimensionales que se proyectan únicamente sobre el eje del tiempo, lo que les proporciona masa y que sufren la fuerza débil.

Carecen de proyección sobre el eje oculto u (unseen) que les proporcionaría carga y sobre cualquier dimensión espacial (x, y, z) que les proporcionaría carga de color.

Dimensiones del Quark el Electrón y el Neutrino

Al ser unidimensionales, son inestables en relación al campo de Higgs, con lo que aunque nacen ‘electrónicos’, rotan sobre cualquiera de las otras dimensiones al viajar por el espacio, con lo que cuando llegan a la Tierra los podemos observar (desde nuestra flecha del tiempo) con cualquiera de los tres sabores (electrónico, muónico o tauónico) según si su tiempo coincide con el nuestro (electrónico), está orientado sobre la dimensión u (muónico) o está orientado sobre una dimensión espacial (tauónico).

La duda de si los antineutrinos son ellos mismos tiene sentido, precisamente porque son lineales y por consiguiente su giro 180º sobre el eje del tiempo no cambia nada (a diferencia de los quarks, tal como vimos en este blog), pero tienen masa. 

Son las únicas partículas que teniendo masa, sus antipartículas son ellas mismas porque ignoran la carga electromagnética y la de color.

Con esta explicación dejamos una clave para comprender qué son las tres generaciones de partículas.

Dos buenos artículos más, estos sí de divulgación,  sobre los neutrinos:

Neutrinos en Acelerando la ciencia

Neutrinos en El Tamiz

Recordemos que en este blog no hay la versión 'oficial' -para eso tienes los enlaces-, pero sí se define un modelo más simple del universo que el oficial.

La superposición de los electrones entrelazados.

Seguimos analizando de qué manera el universo se esconde.

Podemos pensar que un electrón tiene un espín como una propiedad ‘concreta’, algo así como que gira en el sentido de las agujas del reloj o gira en sentido contrario. Si medimos el espín nos da ese resultado que ya estaba antes de la medida.

Sin embargo las cosas NO son así. Es más real pensar que el espín ‘gira’ con libertad y en el momento de la medida, forzamos que se defina frente al observador. En ese momento es cuando se 'alinea', se define y toma un sentido.

Antes de la medición, no está definido. Cuando lo medimos tiene un 50% de probabilidad de estar en cualquiera de los dos estados.

Cuando dos electrones están entrelazados, aunque su alineación no esté definida, sabemos que su disposición es opuesta y por consiguiente ambos darán valores contrarios al medirlos, aunque sea a mucha distancia.

Realmente tenemos un sistema de dos partículas del que sabemos que tienen espín opuesto aunque el espín no esté definido en cada una. Si medimos el espín de uno de los dos electrones, inmediatamente sabemos lo que nos dará el otro.

Una variante de este experimento, sería efectuar la medida del espín desde observadores a distinta velocidad.  Habitualmente los dos observadores están alineados con una misma flecha del tiempo, entonces los espines son opuestos porque en el momento de la medida colapsan en relación al mismo tiempo, pero si uno de los observadores se mueve a velocidad relativista, su espacio tiempo estará rotado de forma que la superposición puede quedar alterada.

Ello probaría que la medición es cosa de dos, y según el comportamiento de las mediciones a distintas velocidades relativas de los observadores, que el espín de cada electrón no está definido, aunque sí que está definido que son opuestos incluso cuando están muy distanciados.

Esto apoyaría el Localismo – es verdad que una interacción no puede transmitirse de forma instantánea- en contra del Realismo -es falso que el espín está determinado pero no podemos medirlo: está indeterminado-.

El espín no está determinado hasta el momento de medirlo. 

El universo se nos sigue escondiendo, pero al colapsar el espín de un electrón entrelazado, no colapsamos el otro electrón pero sabemos cómo colapsará.

Seguiremos...

La superposición de los gluones. ¿Por qué el universo se esconde?

Una de las consecuencias más llamativas de la mecánica cuántica es la superposición de estados. Vamos a justificar porqué se produce y hasta dónde tiene implicaciones en los gluones.

Se habla de superposición de estados para referirnos a propiedades de las partículas que

• pueden tomar varios valores, pero
• son indistinguibles mediante experimentos o 
• sólo al ser medidas colapsan en uno de ellos.

Supongamos que intentamos conocer los colores de un gluón. El gluón es la partícula que transmite la interacción fuerte. Podemos verlo como dos curvaturas de cualquiera de las tres dimensiones espaciales x, y, z. Un monte y un valle del mismo eje o de distinto eje. Sobre la misma dimensión es similar a un bucle o una vibración de una cuerda. Sobre dos dimensiones es una s horizontal (valle-monte), siendo la vertical la flecha del tiempo.

Para enlazar con la terminología clásica a la curvatura de cada dimensión espacial del universo la llamaremos con un nombre de color, así Rojo, Verde y Azul para los valles de los ejes Vertical, Horizontal y Profundidad y el anticolor para los montes.

Nunca podremos conocer el par concreto de colores de un gluón porque el acto de la medición se realiza desde una dimensión que es incapaz de distinguir entre las otras dos.

Por ejemplo, el gluón Rojo-Antiazul y el gluón Antirojo-Azul son indistinguibles desde Verde, por consiguiente después de una medición nunca sabemos cual de los dos hemos encontrado.

Los dos gluones son indistinguibles para el observador 'medidor' (que es otra partícula) o/y ambos son una vibración el uno del otro.

Las combinaciones distintas están en este artículo sobre el gluón de la Wikipedia (en inglés) 

Sabemos lo que son los gluones, sabemos cómo se comportan, cómo funcionan, pero el universo no nos permite medirlos más que de esta forma limitada. Este no es un problema de la medición que se podrá mejorar, sino que es intrínseco a la estructura del universo donde un 'sujeto' mide una propiedad de un 'objeto' ambos dentro del universo.  

La superposición de los gluones se añade al principio de incertidumbre en la cruzada del universo por ocultarse a los físicos. 

Superposición cuántica en la Wikipedia

Fuerza fuerte y fuerza electromagnética. Son sólo curvaturas.

Se propone que la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética son también la manifestación de las curvas del espacio y la dimensión oculta para describir finalmente el protón uud.

En la entrada anterior

El espín no es nada… ¡Calla y calcula!

Hemos interpretado el espín y el isospín como la curvatura plana de las cuatro dimensiones que no son el tiempo (x, y, z, u). 

Debemos interpretar ahora la curvatura de montes y valles de estas cuatro dimensiones.  Curvas perpendiculares a la curva del espín, a favor o en contra de la flecha del tiempo. Curvas que doblan el plano de  nuestra mesa hacia arriba o hacia abajo, con picos y huecos en relación siempre a la flecha vertical del tiempo.

La fuerza nuclear fuerte es consecuencia de la curvatura de cada una de las tres dimensiones espaciales en relación a la dimensión del tiempo. Perpendicular a la curva del isospín de la entrada anterior.

La fuerza electromagnética es consecuencia de la curvatura de la quinta dimensión (unseen) en relación a la dimensión del tiempo. Perpendicular también al espín.

De nuevo:

Imaginemos los quarks como trípodes, una de cuyas patas se dispone sobre el eje del tiempo t, otra sobre el eje oculto u (unseen) y otra sobre una cualquiera de las tres dimensiones espaciales (color).

Los montes y valles de cada una de las tres dimensiones espaciales no son neutras como el espín, sino que, al igual que nos pasaba con el isospín débil, el paso del tiempo proporciona una diferencia entre los valles y los montes. Los valles los podemos llamar colores y en su interior se acomodan los quarks mientras que los montes serían los anti-colores en los que se acomodan los quarks que viajan marcha atrás en el tiempo.

Las tres dimensiones espaciales vibran ‘verticalmente’ y sobre ellas se colocan los quarks formando varias disposiciones: Parejas quark-antiquark sobre un mismo eje trabadas y hay otra opción más habitual que es reunir tres quarks, uno sobre cada eje espacial, sumando y restando las otras patas de forma que también quedan trabados de una forma estable.

Si un quark estuviera libre y perfectamente alineado a las tres dimensiones s, u ,t , su carga eléctrica sería una unidad positiva o negativa, pero al agruparse con otros dos para cubrir las tres dimensiones espaciales rota ligeramente proyectando 1/3 o 2/3 sobre el eje u y lo mismo al revés sobre el eje t. 

El quark Down posee la mitad de carga (opuesta) y el doble de masa (también opuesta) que el quark Up.

Los tres quarks se colocan trabados para formar un protón estable uud que abarca las tres dimensiones espaciales: x, y, z, más u más t. 

Para acabar, los montes y valles de la dimensión u (unseen) crean la carga eléctrica positiva o negativa de los quarks y de los electrones, de forma similar.

El espín no es nada… ¡Calla y calcula!

El espín no es un artefacto matemático sino que nos descubre una arquitectura  geométrica concreta del universo.

Desde siempre el concepto de espín ha estado asociado a la idea del giro de una partícula como una peonza en sentido horario o anti-horario. Es una representación mental que probablemente se arrastra de la imagen planetaria de los átomos.

Algunas partículas ‘espinean’ y otras no. Algunas tienen además varios espines a la vez.

Las partículas que no poseen espines, son indiferentes a la flecha del tiempo, quiero decir que las observamos igual cuando su futuro coincide con el nuestro que cuando van marcha atrás. Además se pueden empaquetar las que queramos sin problemas. Se llaman bosones porque siguen las reglas de Bose-Einstein.

Los bosones según la wikipedia

Las partículas que sí poseen espín, por el contrario, son partículas para las que hay que distinguir dos estados (para cada espín, si hay más de uno) y tienden a emparejarse espines contrarios. Se llaman fermiones porque siguen las reglas de Fermi-Dirac.

Los fermiones según la Wikipedia

Los fermiones, cuando se juntan, se empaquetan por parejas de forma que los espines se compensen. No es una fuerza de atracción o repulsión, pero sí. Distintos se atraen e iguales se repelen.

Los fermiones, cuando los vemos con el tiempo marcha atrás, los vemos al revés. Si los autos en nuestro carril tienen el volante a la izquierda, los que vienen de frente tienen el volante a nuestra derecha. Pues lo mismo para cada espín.

Tal como vemos en estos dos enlaces –espero me perdonéis- , los espines  son propiedades definidas perfectamente de forma matemática, bastante sofisticada, pero sin representación física. Curioso.

El espín en Cuentos Cuánticos

El espín en Naukas según emulenews

Vamos a proponer una representación del espín.

Antes simplemente recordar que suponemos que existe una quinta dimensión u (unseen), de la que se habla extensamente en el libro  ¿Por qué no comprendes ni la relatividad ni la física cuántica?, y de la que hablaremos aquí algún día.

• El isospín débil.

Imaginemos los quarks como trípodes, una de cuyas patas se dispone sobre el eje del tiempo t, otra sobre el eje oculto u (unseen) y otra sobre una cualquiera de las tres dimensiones espaciales (color).

El eje del tiempo es el único que tiene una orientación pasado-futuro distinguible. Para facilitar la imagen pensemos que el tiempo es el eje vertical,  obviamos una de las dimensiones espaciales con lo que el espacio 3D lo convertimos en un plano 2D. Ahora sustituimos del plano una de las dimensiones por el eje u (unseen). Ahora tenemos en vertical el tiempo, el eje derecha-izquierda es la dimensión oculta u y el eje profundidad (delante-detrás) es cualquiera de las tres dimensiones espaciales x, y, x que la designamos con la letra s de space.

El isospín débil de un Quark indica si el trípode está dispuesto hacia abajo o hacia arriba. Digamos que el trípode es un centro de coordenadas que está sobre una mesa y la pata del tiempo se dispone hacia arriba (futuro) o está en el techo y la pata se dispone hacia el pasado. Esta es la diferencia entre los quarks de tipo Down  y Up.

Los quarks decaen mediante una rotación, por cualquiera de las dimensiones, acompañados por la fuerza débil del paso del tiempo desde la posición Down a la Up. Para facilitar la imagen imaginemos el fluzo del tiempo bajando creando una fricción (Higgs). Los quarks tipo Down  ‘recogen’ el paso del tiempo mientras que al rotar a Up ofrecen menos resistencia (forman una cuña) al paso del tiempo.

Es una imagen, pero probablemente más real que la peonza.

• El isospín

El isospín del Quark responde a la curvatura de la dimensión espacial (color) sobre el papel, a la derecha o a la izquierda, que son distinguibles sólo por la flecha del tiempo. Si el pulgar de la mano derecha señala arriba, la mano muestra una curvatura y si señala abajo la contraria.

A diferencia del isospín débil, el universo no tiene una preferencia pero se siente cómodo uniendo quarks que compensen ambas curvaturas dejando la dimensión s recta.

• El espín

Finalmente nos queda la curvatura sobre el eje u (unseen), que también está sobre la mesa de antes, que se comporta exactamente igual que el isospín del color.

Sólo comentar que los electrones, como tienen una pata sobre el eje u, tienen también su espín exactamente igual, pero no están sometidos a los dos anteriores, ni el isospín débil ni el isospín.

Hasta aquí. 

La materia oscura (2 de 3).

Vamos a encontrar dónde se esconde el 96% del universo (materia y energía) desde el análisis de la colisión de un electrón con un positrón.

El razonamiento es extraordinariamente simple.

La antimateria se aniquila al chocar con la materia y ambos se convierten en energía. Una colisión electrón - positrón crea dos fotones que salen perpendiculares y en direcciones opuestas.

El positrón es una partícula fundamental. Es la antipartícula del electrón. Es como un electrón pero con carga positiva y alguna otra propiedad invertida (un antielectrón, antimateria, no pasa nada, es ‘habitual’ por ejemplo en la tomografía por emisión de positrones TEP de los hospitales).

El positrón en El Tamiz

Tambiém podemos describir el positrón como un electrón marcha atrás en el tiempo. En general, la antimateria es materia que observamos como una película pasada al revés.

Y hasta aquí no hay nada nuevo. Sigamos.

La pregunta provocativa es la siguiente: si el positrón es un electrón marcha atrás en el tiempo, ¿por qué no pensar que el fotón también es un electrón o un positrón visto de lado?

Explícitamente:

Un positrón es un electrón cuya flecha del tiempo tiene sentido inverso, está girada 180 grados. En nuestro mundo los electrones nos acompañan en el tiempo, pero en los aceleradores o en determinadas circunstancias no es así. Un electrón cuyo tiempo corre en sentido contrario al del observador es un positrón, pero se trata de la misma partícula. Es un electrón.

En este diagrama clásico la flecha del tiempo es la del observador (tomado de la Colisión electrón - positrón en la Wiquipedia en inglés).

Hasta aquí estoy tensionando ligeramente el modelo estándar, pero ahora vamos a dinamitarlo (para bien, espero).

La hipótesis que formulamos es la siguiente: Un fotón es un electrón cuya flecha del tiempo está rotada 90 grados en relación a la flecha del tiempo del electrón y del observador. Es un electrón ‘perpendicular’. Y el efecto de esta rotación es que 'su' tiempo es 'nuestro' espacio.

La colisión de un electrón con un positrón, transforma la dimensión tiempo de cada uno de los dos electrones en una dimensión espacio. Nuestra flecha del tiempo como observadores es perpendicular a la flecha del tiempo de los fotones de los rayos gamma que surgen de la colisión electrón - positrón.

La lectura clásica en la que intervienen tres partículas, el electrón, el positrón y los fotones que se lee:

‘chocan un electrón con un positrón y se producen dos rayos gamma’ 

pasa a ser:

‘dos electrones, uno con nuestra flecha temporal y otro en sentido opuesto (180º) contactan y rotan 90 grados cada uno convirtiendo su tiempo adelante y su tiempo atrás en espacio del observador’.

Un corolario (entre otros muchos) de esta interpretación es que la constancia y el límite de la velocidad de la luz surgen de la constancia del paso del tiempo (ct) para cualquier objeto.

Como esta hipótesis te abre más cuestiones que las que cierra, pero tiene algún sentido, de momento lo dejamos aquí.

Y la materia oscura ¿dónde está?... Seguiremos

QCD Tres dimensiones para tres colores.

En este artículo se sugiere una interpretación geométrica de los colores de la interacción nuclear fuerte.

La fuerza nuclear fuerte es el pegamento que une los quarks formando tríos (bariones) como los protones y los neutrones de  los núcleos atómicos, o parejas (mesones) como los mesones Pi.

Igual que la fuerza electromagnética posee dos cargas: positiva y negativa, la fuerza nuclear fuerte posee tres cargas,   que arbitrariamente se llamaron colores tomando el modelo RGB (Red, Green, Blue) Rojo, Verde, Azul.

La idea es que igual que los cuerpos buscan compensar las cargas electromagnéticas reuniendo el mismo número de cargas positivas y negativas para ser neutros, los hadrones, las partículas que sufren la fuerza fuerte –que no son todas-, también buscan compensar los tres colores para formar objetos neutros o blancos.

El nombre de cromodinámica cuántica QCD para la teoría que describe la fuerza nuclear fuerte surge de esta idea, ‘cromo’ color en griego.

Volviendo a los quarks, que son las partículas fundamentales que sufren la fuerza fuerte, hay dos formas triviales de obtener objetos ‘neutros’ (Carga de color en la wikipedia en inglés):

Carga de color

En primer lugar podemos pensar en parejas de quarks con un color y su anticolor. Forman objetos ‘negros’ que compensan los colores. Se trata de los mesones.

En segundo lugar podemos pensar en tríos de quarks, cada uno con su color, formando objetos blancos.

Existen también pentaquarks, combinaciones de cinco quarks,  que también son neutros.

En el libro ¿Por qué no comprendes ni la relatividad ni la física cuántica? se plantea que el modelo RGB fue una mala elección para describir el color de la fuerza nuclear fuerte.

Tiene mucho más sentido asociar la interacción fuerte a una curvatura de cada una de las tres dimensiones del espacio. Los quarks  son partículas elementales que se ‘acomodan’ sobre cada una de estas curvas.

Los protones y neutrones son la unión de tres quarks en permanente fluctuación sobre los tres ejes espaciales. Cada quark no tiene un color sino una ‘pata’ puesta sobre cada valle de cada una de estas tres dimensiones espaciales. Tres quarks tienen tres ‘patas’ que conjuntamente abarcan todo el espacio, formando objetos 3D o RGB.

Los mesones son la unión de dos quarks sobre el mismo eje espacial en el que la curvatura positiva del color se compensa con la curvatura negativa del anticolor formando un objeto con una de las tres dimensiones espaciales ‘plana’.

Si lo piensas, tiene sentido.

La intensidad de las cuatro interacciones fundamentales

Si no existiese ninguna de las cuatro fuerzas, el universo sería un objeto estático. Las cuatro interacciones hacen 'acercar' o 'rechazar' a las partículas entre ellas.

La gravedad dobla el espacio-tiempo haciendo converger en el futuro las trayectorias de las partículas, lo que las atrae. Es una fuerza muy suave, difícil de medir con precisión. Si colgamos dos bolas e intentamos medir cuánto se acercan, en la tierra o en el espacio –tanto da-, lo tenemos complicado. En cambio, para bolas del tamaño de la Tierra o la Luna ya es otra cosa.

Con la fuerza débil pasa otro tanto y lo que es peor, con la distancia en seguida desaparece. Si la gravedad  ‘difunde’ su efecto siguiendo la ley del cuadrado de la distancia (como se estiran los puntos de la superficie de un globo), la fuerza débil, en cambio, actúa sobre las partículas que se abrazan, pero que en cuanto se separan un poco se liberan.

La fuerza fuerte es tan fuerte que ‘no existe’. Quiero decir que los electrones existen con su carga negativa, los protones existen con su carga positiva, en cambio no existen quarks de color rojo, verde o azul sino que siempre se agrupan en objetos neutros, sin color. El color es un artefacto que funciona para explicar las parejas, tríos, pentaquarks de quarks que se observan pero nadie los ha visto libres.

La fuerza electromagnética es la que da más juego. Sigue también la ley del cuadrado de la distancia, es bastante fuerte como para pegar los electrones a los núcleos y lo bastante débil para que los fotones rompan estos enlaces a las temperaturas de la Tierra. 

Por esto el CERN trabaja con partículas con carga electrica. La carga es la manera de gobernarlas. Los neutrones, a diferencia de los protones, son ingobernables y apenas se detienen con la materia y por ello las bombas de neutrones son tan dañinas.