{"id":76414,"date":"2002-11-01T00:00:00","date_gmt":"2002-11-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2002\/11\/01\/materia-efimera\/"},"modified":"2015-02-02T17:00:01","modified_gmt":"2015-02-02T19:00:01","slug":"materia-efimera","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/materia-efimera\/","title":{"rendered":"Materia ef\u00edmera"},"content":{"rendered":"
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EDUARDO CESAR<\/span>La diferencia esencial: el vac\u00edo es el estado de energ\u00eda m\u00ednima y la materia (burbujas) el de energ\u00eda m\u00e1s altaEDUARDO CESAR<\/span><\/p><\/div>\n

En el n\u00facleo at\u00f3mico se registra una intensa agitaci\u00f3n. Los protones y los neutrones, los elementos constituyentes del n\u00facleo at\u00f3mico, est\u00e1n rodeados de nubes de otras part\u00edculas que surgen y desaparecen constantemente. Observando en detalle el interior de los protones y de los neutrones encontramos las part\u00edculas b\u00e1sicas de la materia, los quarks. Pero dentro de cada prot\u00f3n y de cada neutr\u00f3n no hay solamente tres quarks, tal como se ve en los libros did\u00e1cticos, sino muchos, que forman pares de part\u00edculas y antipart\u00edculas, con cargas opuestas, de manera tal que se anulan y en el c\u00f3mputo general sobran apenas tres. Los quarks se mueven casi a la velocidad de la luz, entran en colisi\u00f3n entre s\u00ed y con las paredes internas de los protones y de los neutrones.<\/p>\n

De esa manera \u00e9stos originan m\u00e1s part\u00edculas ef\u00edmeras, que tambi\u00e9n desaparecen sin avisar. “Es un l\u00edo”, reconoce Marina Nielsen. El trabajo de la investigadora y de otros f\u00edsicos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), juntamente con expertos de la Universidad Estadual Paulista (Unesp), est\u00e1 ayudando a entender mejor c\u00f3mo nacen y mueren las part\u00edculas que hacen que los protones y los neutrones engorden o adelgacen a una velocidad alucinante, con base en teor\u00edas que modifican el concepto de materia y de vac\u00edo, visto este \u00faltimo ya no m\u00e1s como algo precisamente vacuo, sino lleno.<\/p>\n

Los resultados obtenidos por este grupo se deben a la intensa exploraci\u00f3n de las ramificaciones de una teor\u00eda creada hace casi 30 a\u00f1os, la cromodin\u00e1mica cu\u00e1ntica (QCD), que explica las interacciones de los quarks -bastante diferentes si las part\u00edculas se encuentran en situaciones normales, las llamadas bajas energ\u00edas, o en los aceleradores de part\u00edculas, t\u00faneles de kil\u00f3metros de extensi\u00f3n en los cuales los n\u00facleos at\u00f3micos entren en colisi\u00f3n a niveles de energ\u00eda millones de veces m\u00e1s altos.<\/p>\n

En las situaciones comunes, aparecen principalmente los piones, part\u00edculas formadas por pares de quarks y antiquarks, estos \u00faltimos id\u00e9nticos al quark, a no ser por la carga contraria. Los piones, descubiertos en 1947 por un grupo de f\u00edsicos que inclu\u00eda al brasile\u00f1o C\u00e9sar Lattes, se esparcen en todas las direcciones y constituyen la nube formada alrededor de los protones y los neutrones. Los piones mantienen a los protones y a los neutrones unidos en el interior del n\u00facleo y aseguran la estabilidad tanto del n\u00facleo m\u00e1s sencillo, el deuter\u00f3n, constituido por tan solo un prot\u00f3n y un neutr\u00f3n, como de n\u00facleos m\u00e1s complejos, como el del oro, formado por 79 protones y 118 neutrones.<\/p>\n

Para estudiar los fen\u00f3menos de baja energ\u00eda, los investigadores de la USP y de la Unesp se valieron de un abordaje denominado simetr\u00eda quiral, an\u00e1logo al que explica la semejanza de las manos (del griego chiros): frente a un espejo, la imagen de la mano izquierda parece la mano derecha, y viceversa. De la misma manera, el mundo de los quarks no cambia pr\u00e1cticamente cuando se refleja en un espejo imaginario. “La simetr\u00eda quiral es la base del tratamiento riguroso de la interacci\u00f3n entre los piones y otras part\u00edculas”, comenta Manoel Robilotta, coordinador del proyecto. Los f\u00edsicos paulistas demostraron que ese abordaje puede adoptarse tambi\u00e9n para entender el comportamiento de las part\u00edculas en medio a altas energ\u00edas.<\/p>\n

En el interior de los aceleradores, los n\u00facleos at\u00f3micos colisionan entre s\u00ed y producen miles de part\u00edculas diferentes, que impresionan tambi\u00e9n por su diversidad de tama\u00f1os y comportamientos. Para distinguir aquello que se form\u00f3, los f\u00edsicos buscan un tipo especial de part\u00edcula, llamada jota-psi, formada por un par de quark y anticuark. La cantidad de jota-psi puede constituir un indicador importante de la creaci\u00f3n de un tipo de materia que habr\u00eda existido \u00fanicamente inmediatamente despu\u00e9s del Big Bang, la explosi\u00f3n que, seg\u00fan se cree, origin\u00f3 el Universo. Este estado es un plasma, una sopa muy caliente, hecha de quarks y gluones (los gluones funcionan como una especie de resorte o el\u00e1stico que une a los quarks en el interior de los protones y los neutrones). De tan caliente (hasta 10 billones de grados Celsius) que es, este plasma disolver\u00eda a las jota-psi.<\/p>\n

Se est\u00e1n buscando pistas de jota-psi porque estas part\u00edculas funcionan como una especie de term\u00f3metro: cuando no est\u00e1 presentes entre los fragmentos de la colisi\u00f3n, es una se\u00f1al de que la temperatura alcanz\u00f3 un valor alt\u00edsimo y el plasma primordial fue recreado. O, de manera inversa, cuando se las encuentra entre las part\u00edculas producidas durante la colisi\u00f3n, es casi seguro que el plasma no se form\u00f3. “Pero, \u00bfeste term\u00f3metro ser\u00eda realmente eficaz?”, indaga Fernando Navarra, otro integrante del grupo. “En principio s\u00ed, pero existe un problema: las part\u00edculas jota-psi podr\u00edan desaparecer de otro modo: interactuando con los piones que surgen abundantemente en las colisiones”. Esta posibilidad ya hab\u00eda sido estudiada sin arribar a ninguna conclusi\u00f3n. El problema renaci\u00f3 en 1998, cuando el Centro Europeo de Investigaci\u00f3n Nuclear (Cern) registr\u00f3 un fen\u00f3meno extra\u00f1\u00edsimo, llamado supresi\u00f3n an\u00f3mala de jota-psi, que podr\u00eda indicar que el plasma podr\u00eda haber aparecido finalmente. Fue un episodio pasajero, verificado cuando el equipamiento alcanz\u00f3 el m\u00e1ximo de energ\u00eda, momentos antes de ser desactivado y sustituido por los actuales.<\/p>\n

Los f\u00edsicos de la USP, en colaboraci\u00f3n con Gast\u00e3o Krein, de la Unesp, refinaron los c\u00e1lculos y llegaron a la conclusi\u00f3n de que la probabilidad de que jota-psi sea destruido en las interacciones con los piones es del orden de la mitad de lo que se pensaba. De esta forma, el Cern habr\u00eda de hecho producido plasma de quarks y gluones y, por lo tanto, una especie de cr\u00eda del Big Bang. “Lo que se observ\u00f3 en el Cern es m\u00e1s probablemente plasma que materia normal”, dice Navarra. Los resultados, publicados el a\u00f1o pasado en\u00a0Physical Review C<\/em> y este a\u00f1o en\u00a0Physics Letters B<\/em>, echan le\u00f1a al fuego, sugieren otra forma de identificar el plasma y, si se confirman, podr\u00e1n enriquecer la investigaci\u00f3n del mundo at\u00f3mico. En julio, Marina Nielsen y Fernando Navarra presentaron las conclusiones en una reuni\u00f3n de especialistas del \u00e1rea, la Quark Matter, realizada en Nantes, Francia, con m\u00e1s de 600 participantes. Y fueron escuchados con inter\u00e9s.<\/p>\n

Los experimentos que intentan generar part\u00edculas jota-psi y plasma prosiguen en el Acelerador Relativ\u00edstico de Iones Pesados (Rhic, sigla en ingl\u00e9s), construido en Estados Unidos, con una energ\u00eda de colisi\u00f3n diez veces mayor que la del Cern. En el Rhic, los n\u00facleos pesados como los del oro casi alcanzan la velocidad de la luz y se achatan como una pizza, encogi\u00e9ndose 100 veces en su di\u00e1metro momentos antes de chocarse. Pero solamente dentro de dos a\u00f1os, con todos los detectores instalados, se podr\u00e1 saber si es realmente posible formar el plasma con quarks y gluones.<\/p>\n

En la Universidad Federal de R\u00edo Grande do Sul (UFRGS), Cesar Vasconcellos intenta descubrir el proceso de formaci\u00f3n del plasma por una v\u00eda alternativa, que no requiere de los aceleradores: el estudio de los pulsares, objetos celestes compactos de una masa solar y media condensada en apenas 10 kil\u00f3metros de radio, constituidos predominantemente por neutrones. Tambi\u00e9n act\u00faan en el \u00e1rea, la llamada f\u00edsica de los hadrones (el hadr\u00f3n es cualquier part\u00edcula constituida por quarks), equipos de las universidades federales de R\u00edo de Janeiro (UFRJ) y de Santa Catarina (UFSC), adem\u00e1s del Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF).<\/p>\n

Ya sea a trav\u00e9s de los aceleradores, o por medio de las estrellas, para los f\u00edsicos de esta \u00e1rea -en la que se destacan Frank Wilczek, del Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts (MIT), Estados Unidos, y Gerard’t Hooft, del Instituto de F\u00edsica Te\u00f3rica de la Universidad de Utrecht, Holanda-, las revelaciones que puedan surgir de la interacci\u00f3n entre las part\u00edculas constituyen una esperanza de finalmente entender la masa de las part\u00edculas y, en \u00faltima instancia, del propio Universo. Se cree que dicha interacci\u00f3n puede crear masa, ya que las part\u00edculas constituyen muy poco de la masa existente. Cada quark tiene una masa de entre 5 y 10 MeV (millones de electrones-Voltios, la unidad de masa de las part\u00edculas at\u00f3micas), pero los tres quarks de cada prot\u00f3n o neutr\u00f3n corresponden tan solo a 5 mil\u00e9simas de la masa de cada una de esas part\u00edculas. “La mayor parte de la masa de los protones y de los neutrones proviene de la interacci\u00f3n de los quarks entre ellos y con el vac\u00edo que los rodea”, comentaCelso Luiz Lima, f\u00edsico del grupo. “Cuando interact\u00faan, quarks y antiquarks activan un mecanismo de generaci\u00f3n de masa, creando piones”.<\/p>\n

Para no dejar que la impresi\u00f3n de que los piones surgen de la nada, se debe entrar en la esencia del trabajo de \u00e9ste y de otros grupos que estudian el comportamiento de las part\u00edculas en el interior del n\u00facleo at\u00f3mico. Es una inversi\u00f3n completa del concepto de materia. “La materia no es lo que existe, sino lo que falta”, anuncia Robilotta. “Y aquello que es vac\u00edo no est\u00e1 vac\u00edo, sino lleno”. El n\u00facleo at\u00f3mico, por lo tanto, ser\u00eda un defecto en el vac\u00edo -burbujas vivas rodeadas de un vac\u00edo denso, hecho de part\u00edculas, similares a las burbujas del agua mineral o del gel para el cabello. Lo que los diferencia es \u00fanicamente el nivel de energ\u00eda: el vac\u00edo es el estado de m\u00ednima energ\u00eda posible, mientras que las burbujas -la materia- representan un estado de energ\u00eda m\u00e1s alta.<\/p>\n

“Creyendo en esa idea, logramos saber cu\u00e1l es la energ\u00eda gastada para que tres quarks caven un agujero en el vac\u00edo”, dice Robilotta, que calcul\u00f3 esa energ\u00eda: es de 46 MeV, cercana al valor experimental. Este planteo del vac\u00edo lleno, lanzado por el f\u00edsico ingl\u00e9s Paul Dirac (1902-1984), permite afirmar: del total de la masa de un prot\u00f3n o de un neutr\u00f3n, se estima que el 90% corresponde a la energ\u00eda cin\u00e9tica y potencial (la integraci\u00f3n con el vac\u00edo y la creaci\u00f3n continua de part\u00edculas), un 7% al hecho de haber cavado un agujero en el vac\u00edo (los mentados 46 MeV) y un 3% a la masa de los propios quarks.<\/p>\n

Ahora bien, la mayor parte de la masa de los protones y de los neutrones puede atribuirse a la interacci\u00f3n de los quarks con el vac\u00edo. “No existen quarks aislados, a no ser dentro de los agujeros en el vac\u00edo”, ense\u00f1a Lima. Cuando los quarks se juntan a los antiquarks, pueden formar un mes\u00f3n o dar origen a un estado condensado cuyas caracter\u00edsticas son similares a las de la superconductividad, un fen\u00f3meno que se registra en ciertos materiales a bajas temperaturas. Pero existe otra posibilidad: “Cuando un quark se une a otros dos, que tampoco han logrado acoplarse a antiquarks, \u00e9stos empujan al vac\u00edo, formando protones o neutrones cuyo interior es casi el vac\u00edo realmente vac\u00edo”, cuenta Lima. “Chocando contras las paredes internas de esa burbuja, los quarks perturban al vac\u00edo desde el lado de afuera y crean piones, las part\u00edculas de las nubes que envuelven a los protones y los neutrones.”<\/p>\n

Al igual que en un balance contable de una empresa, las cuentas deben cerrar. No importa si en la burbuja, que representa un prot\u00f3n o un neutr\u00f3n, existen tres quarks, cuatro quarks y un antiquark o cinco quarks y dos antiquarks: el resultado final debe contener tres quarks en exceso, como en una simple adici\u00f3n, hecha y contrahecha a todo momento en un mundo que parece un inmenso vac\u00edo: si el \u00e1tomo fuera de 10 kil\u00f3metros, el n\u00facleo medir\u00eda 1 metro, los protones y los neutrones, 10 cent\u00edmetros, y cada quark, que son 10 mil veces menores, medir\u00eda una cent\u00e9sima de mil\u00edmetro, el equivalente a una ameba. All\u00ed, como las personas, los protones y los neutrones ganan o pierden peso, aliment\u00e1ndose con part\u00edculas.<\/p>\n

El Proyecto<\/strong>
\nF\u00edsica de los Hadrones<\/em>
\nModalidad<\/strong>
\nProyecto tem\u00e1tico
\nCoordinador<\/strong>
\nManoel Roberto Robilotta – Instituto de F\u00edsica da USP
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 141.660,00<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un estudio describe la interacci\u00f3n de las part\u00edculas que nacen y mueren permanentemente en el n\u00facleo at\u00f3mico","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[93],"class_list":["post-76414","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76414","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=76414"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76414\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=76414"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=76414"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=76414"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=76414"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}