La partícula divina CF Nº82

Autora: María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL Número: 82

La Partícula Divina
El misterio de la materia
Tradicionalmente sabemos que la materia está formada por moléculas, que a su vez las conforman átomos. De modo que la unidad mínima de la materia sería el átomo. En los últimos tiempos, con el avance de la investigación, el modelo atómico de protones y neutrones formando parte de un núcleo con electrones girando alrededor de él, ya paso a ser parte de la historia.

El átomo es mucho más complejo de lo que creemos (ver notas átomo I y átomo II) y esta conformado por una serie de partículas que fueron detectadas en estos últimos años en los diferentes aceleradores atómicos, de modo que se modificó totalmente el modelo tradicional.
Bosón de Higgs
Esta es una de las partículas que formarían parte del átomo, que se supone que existe pero que aún no fue captada, aunque es tanta la certeza de su existencia, que se están invirtiendo en Europa y en Estados Unidos muchos millones para poder encontrarla.
El CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) es uno de los mayores laboratorios de Física de partículas del mundo y es muy importante a nivel Internacional. Cuenta con 20 estados miembros y 28 países no miembros que participan en proyectos con científicos de 220 institutos y universidades.
Fermilab es un laboratorio de Física de Altas Energías que se encuentra en el oeste de Chicago en Estados Unidos.
Ambos laboratorios están invirtiendo enormes cantidades de dinero en la búsqueda de esta partícula y compiten entre sí por su descubrimiento

Este divino bosón recibe ese nombre porque parece ser el que explicaría la existencia de la materia del universo. Matemáticamente ya se encuentra justificada su existencia en el campo de Higgs pero como dijimos en notas anteriores, lo que el campo matemático demuestra tenemos que verificarlo experimentalmente para que deje de ser un conocimiento hipotético y pase a formar parte de las verdades de la Ciencia
Aunque se dice que el CERN parece haber detectado esta partícula en el año 2000, se cree que el nuevo acelerador de Ginebra podría certificarlo alrededor del 2009 y de este modo estaría comprobado experimentalmente el modelo atómico de partículas elementales.
Esta partícula es una más de las 18 que conforman nuestra materia, es bosónica y tiene una corta vida luego de la colisión por eso es difícil su detección, pero no imposible. Es un bosón que se relaciona con la fuerza nuclear débil que es la causante de las radioactividad (ver nota de las fuerzas fundamentales de la naturaleza)
Dentro de la Teoría del Big Bang estas partículas habrían existido en los primeros segundos de la explosión y a partir de ella se originó la materia del universo.
Se especula que el campo de Higgs sería como una especie de fluido que impregna al espacio Universal, de modo que cuando las partículas interaccionan con el mismo adquieren masa y aquellas otras sin masa, son las que no entran en interacción, con este campo. Es decir cuanto más interaccionan son más pesadas, cuando la interacción es poca son más livianas y si no interaccionan no poseen masa.
El universo es misterioso y cuanto más se lo conoce, más incógnitas se presentan.
La Ciencia sabe perfectamente que nunca llegará a poder explicar todo porque siempre habrá algo más por descubrir

Una misteriosa partícula CF Nº 81

Autora: María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL Número: 81

Una misteriosa partículaLa Ciencia en su camino de descubrimientos se unifica al pensamiento filosófico.
El Universo es mas complejo de lo que pensamos, por lo tanto nuestra existencia quizás tenga una razón de ser mas importante de lo que creemos

La gravedad es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza (Ver nota de fuerzas de la naturaleza)
Ésta provoca una atracción entre cuerpos masivos y a pesar de que se trata de una fuerza débil su extensión es universal.
Se cree que la responsable de la transmisión de esta fuerza es una partícula llamada GRAVITÓN (ver Átomo II).
Esta partícula es misteriosa e hipotética porque es producto de las conjeturas de la física teórica y como su masa es prácticamente cero, todavía no se la ha podido aislar. Es un bosón de spin par que sería responsable la transmisión de la interacción gravitatoria.
A pesar de que no se ha encontrada es muy probable que su existencia sea real, pero un conocimiento se cataloga de científico cuando se lo ha podido verificar experimentalmente.
La teoría de la relatividad especial y general de Einstein en su momento también parecieron imposibles, pero con el andar del tiempo y el avance tecnológico está absolutamente comprobada (ver notas de teoría de relatividad)
La fuerza gravitatoria se observa a gran escala entre cuerpos masivos en el Universo y es directamente proporcional al producto de las masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa a dichas masas en estudio
A saber
F = GM1 M2/d2
Siendo G la constante de gravitación del Universo
A nivel quántico (es decir atómico) no es fácil explicar la atracción gravitatoria y esto genera un serio problema matemático que resulta difícil de resolver, pero como dijimos en las notas anteriores no va a ser imposible solucionarlo.
La Ciencia avanza y de a poco descubre maravillas que resultan asombrosas, aún para el hombre de ciencia.
Para que la matemática de la teoría quántica de la gravedad sea coherente se necesita retener esta misteriosa partícula llamada gravitón, y para ello hay que avanzar tecnológicamente, pero hasta ahora no se ha encontrado la tecnología suficiente para hacerlo, aunque hay una lucha científica en su búsqueda.
El encuentro de esta partícula sería un descubrimiento importantísimo para la ciencia porque los cálculos matemáticos de la teoría unificadora se basan en la existencia de ella.
Si se pudiese explicar la gravedad a nivel quántico como se la explica en forma relativista, la teoría del todo estaría encaminada.
Einstein en su momento revolucionó el conocimiento al introducir el tiempo como cuarta dimensión.
Es decir el tiempo no es algo que ocurre apartado de las tres dimensiones espaciales, sino que cambia según la posición del espacio que ocupamos y la velocidad del cuerpo. Es decir el tiempo transcurre más o menos lento, según el punto universal en que nos encontremos.
Para Einstein el espacio-tiempo se deforma por la presencia de las masas. El espacio es como una enorme malla de goma que se hunde, cuanto más grande es la masa presente en él y la gravedad esta motivada por esta curvatura de modo que una masa que se acerca a otra se verá atraída, como si cayese en un pozo.
La trayectoria de la luz también se deformará en este espacio de modo que se curvará y parte de esta curvatura será lo que provoca la aceleración de la gravedad.
A nivel quántico la imposibilidad técnica de medir la acción de la gravedad hace que haya una incompatibilidad aparente que quizás pronto se pueda resolver.
En los últimos años se ha intentado generar una teoría quántica de la gravedad y la teoría M parece acercarse a la explicación de esta, considerando al Gravitón como una cuerda cerrada capaz de escaparse de la membrana que conformaría nuestro universo.
Pero necesitamos recorrer un amplio camino de experimentación para poder dar por comprobado lo que la física teórica sostiene.
Este camino quizás no sea tan largo, y en menor tiempo de lo que creamos la teoría del Universo podría revolucionar al mundo en general.

¿Un nuevo paradigma? CF Nº 80

Autora: María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL Número: 80

¿Un nuevo paradigma?En la nota de Ciencia Fácil que hablamos de las fuerzas de la naturaleza dijimos que se estudian cuatro fuerzas fundamentales, transmitidas cada una de ellas por partículas subatómicas que ofician de mediadoras.
Recordemos que las cuatro fuerzas fundamentales son:
· Fuerza gravitatoria.
· Fuerza electromagnética.
· Fuerza nuclear fuerte.
· Fuerza nuclear débil.

Habíamos dicho que:

Toda la materia se encuentra afectada por estas cuatro fuerzas fundamentales, que la ciencia fue estudiando y que todavía no puede unificarlas en una única teoría, pero que posiblemente muy pronto pueda hacerlo.

Einstein, pasó los últimos años de su vida tratando de encontrar una teoría que explicase lo macro y lo micro, muchas veces a pesar de su renombre, se ganó la burla de sus contemporáneos y murió sin poder lograrlo. Hasta que esta teoría no se encuentre vigente la mecánica quántica, que explica la naturaleza a nivel atómico tiene incompatibilidades con la teoría de la relatividad que explica el universo a nivel macro.

Evidentemente este inconveniente tiene que ver también con lo relativo, ya que lo inmensamente pequeño para nosotros es difícil de analizar por problemas tecnológicos y cuando hacemos mediciones, éstas son indirectas, de modo que el sistema se ve afectado de tal manera, que alteramos el proceso y así la incertidumbre es parte de los resultados y sólo hablamos de probabilidades.

Los físicos teóricos poco a poco con la curiosidad de los filósofos, se están acercando a una teoría unificada y estamos prácticamente al borde de un cambio de paradigma tanto para la ciencia como para la filosofía.
La teoría de la unificación sería posible en un Universo de catorce dimensiones. Aquí es donde nuestros sentidos tan acostumbrados a la tridimensionalidad (largo, ancho, alto) eclosionan y no tienen capacidad de entender.
Aunque es muy ilógico que sólo existan tres dimensiones espaciales y cuatro con la temporal, en un Universo tan enigmático y complejo, que con el álgebra y el análisis matemático se puede explicar en forma N dimensional.
La matemática puede lo que nuestro cerebro todavía no es capaz de entender y lo que experimentalmente aún no podemos comprobar, porque la tecnología del momento a pesar del avance, no permite hacerlo. El cuerpo matemático alcanza a visualizar una realidad mucho más compleja que la que nuestros sentidos son capaces de captar, ya que nos podemos acercar al infinito y estudiar la variación de funciones en él, bastante fácilmente.
Sólo nos queda demostrar experimentalmente lo que la matemática ya ha demostrado teóricamente y no es tan fácil ya que necesitamos una tecnología de avanzada para poder hacerlo.

La Ciencia va en camino de la Teoría del Todo, el cuerpo matemático de la misma está prácticamente unificado pero todos sus cálculos se basan en que la gravedad es transmitida por una partícula llamada gravitón que si bien es lógica su existencia todavía no se ha podido retener en forma experimental.
El descubrimiento de esta partícula cambiaría radicalmente el mundo de la ciencia y al modelo atómico con el que se está trabajando en la actualidad, pero además cambiaría la concepción de universo que cada uno de nosotros tenemos, y abriría el camino del pensamiento a profundidades que aún no hemos alcanzado.
Hablaríamos de un Universo de energías vibrantes como el sonido en las cuerdas de diferentes instrumentos. Las dimensiones serían más de diez para poder explicar aquello que no somos capaces de percibir con nuestros sentidos.
Una serie de universos paralelos dentro del universo que conocemos con nuestros limitados sentidos que están acostumbrados a lo tridimensional y que no imagina siquiera las hiper-dimensiones.
Estos universos nos atraviesan y son imperceptibles, así como el mundo de los humanos es desconocido por el pez, para éste los humanos son inexistentes porque solo conoce su universo de experiencias, vive en su propia dimensión.

Somos peces en el universo y no somos capaces de captar su inmensidad porque nuestros sentidos son absolutamente limitados. La matemática ya lo ha alcanzado.

Mejoramos Nuestro vocabulario tecnico CF 76

Autora: María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL Número: 76

 Algunos ejemplos  que amplían nuestro vocabulario.

Sistema material
Todo lo que posee materia y es sometido a la mirada curiosa de la ciencia constituye un sistema material
--El aire que nos rodea, a pesar de no ser visible tiene propiedades que se pueden estudiar. Es una solución de gases, con partículas suspendidas en él. A esas partículas las podemos observar fácilmente cuando un rayo de luz entra en nuestra habitación, están en constante movimiento de zigzag (movimiento browniano).  Son los golpes que reciben de las diferentes moléculas de las sustancias que forman parte del aire.

Materia y cuerpo
--Un trozo de madera, un árbol, una mesa, el libro que leemos y todo lo que esté compuesto por materia es sistema material.
Existe una diferencia entre cuerpo y materia 
--Un anillo es un cuerpo y la materia que lo forma puede ser el oro, la plata o el material del que estuviese fabricado.
Una mesa es un cuerpo que se construyó con la materia madera
El cuerpo es una porción de la materia muchas veces trabajada tecnológicamente por el hombre.

Molécula o componentes:
La mínima parte de la sustancia que conserva sus propiedades es la molécula.Sus componentes son los átomos
Por ejemplo:
H2O molécula de agua en símbolos que significa que está formada por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
H2 molécula de hidrógeno formada por dos átomos de hidrógeno.
Fe2(SO4)3 molécula de sulfato férrico formada por 2 átomos de hierro, 3 de azufre y 12 de oxígeno.
Átomo 
El átomo es el componente de las moléculas y no conserva las propiedades de la sustancia que conforma.
Por ejemplo;
H (hidrogeno), O (0xigeno), S (azufre), P (fósforo) Fe (hierro)
Si nos tomamos el trabajo de conseguir una tabla periódica, en ella se pueden observar a todos los átomos que son parte de la naturaleza.
Sistema homogéneo
Sistema material formado por una sola fase.
Por ejemplo:
--Agua, con sal y azúcar dasueltos en pequeñas cantidades.
Este sistema posee una sola zona con las mismas propiedades intensivas, se presenta como homogéneo y no se ven diferencias notables con un simple vaso lleno de agua.
--Un trozo de hierro siempre que este limpio de óxido es homogéneo.
--El agua también se presenta como homogénea ante nuestra mirada sea de la canilla o destilada.
Sistema heterogéneo
Sistema material formado por dos o más fases
Por ejemplo:
--El agua con aceite  y un trozo de hielo es un sistema heterogéneo de tres fases (agua, aceite, hielo) y de dos componentes(sustancias)   agua y aceite. Cada fase con sus  propiedades intensivas. 
--Carbón en polvo suspendido en agua, hielo y vapor de agua es un sistema de tres fases: carbón, agua y vapor de agua y dos componentes: carbón y agua.
Fase
La zona de un sistema que posee propiedades intensivas constantes recibe el nombre de fase. Todo lo que se mezcla forma una sólo fase.a la vista es una zona uniforme.
No nos confiemos en la vista, ya que se tiene que mantener uniforme aún bajo la lupa o bajo el análisis del microscopio.

Hay sistemas que engañan
Los coloides que a simple vista parecen homogéneos bajo la mirada del microscopio no lo son. La leche, el humo del cigarrillo, las nubes, las gelatinas.Son sistemas especiales que se encuentran entre el homogéneo propiamente dicha y el heterogéneo.

Tienen ciertas propiedades que los caracterizan:
--Movimiento browniano de sus partículas por los golpes que reciben de las moléculas en donde están suspendidas.
--Son difíciles de filtrar, porque las partículas tienen un tamaño que no pasan los poros del papel de filtro con facilidad.
--Efecto Tyndall. Cuando la luz atraviesa un sistema coloidal, la marcha del rayo se puede observar.

Propiedad IntensivaAquella que no depende de la cantidad de materia es una propiedad intensiva.Por ejemplo:color, sabor, densidad, punto de ebullición, punto de fusión, viscosidad, etc.
Son todas las propiedades que siguen siendo las mismas cualquiera sea la cantidad de materia que esté presente en un sistema. Un aumento en la cantidad de materia no produce el aumento de la propiedad.
Propiedad extensiva
Son propiedades que si dependen de la cantidad de materia
Por Ejemplo: volumen, peso, superficie, longitud, cantidad de calor que absorbe o cede, etc.
Este tipo de propiedades de la materia, cambian con la cantidad de la misma, la propiedad aumenta o disminuye según lo haga la cantidad de materia que está en estudio.

Sustancias simples
Son aquellas sustancias cuyas moléculas están formadas por un solo tipo de átomo.
Por ejemplo: O3 (ozono), Au (oro), F2 (fluor), etc.
Observemos que cada molécula tiene varios o un átomo pero siempre del mismo tipo.

Sustancias compuesta
A diferencias de las sustancias simples, las compuestas son aquellas cuyas moléculas que están formadas por diferentes tipos de átomos.
Por ejemplo: HCLO4 (ácido perclórico), HCl (ácido clorhídrico), HNO3 (ácido nítrico) etc. Si observamos cada sustancia está representada por diferentes símbolos que representan los átomos.

Solución

Solución se define como un sistema homogéneo formado por más de un componente Si pudiésemos penetrar el interior de una solución y observar  las moléculas, veríamos diferentes tipos.En el agua y azúcar veríamos moléculas de agua y también moléculas de azúcar.
En el agua, alcohol y sal hay tres diferentes tipos de sustancias o moléculas el agua el alcohol y la sal.

Sustancia pura

Una sustancia pura es un sistema homogéneo constituido por una única sustancia o tipo de molécula.
Por ejemplo:agua destilada.Si pudiésemos observar a las moléculas de este sistema sólo veríamos moléculas de agua.
En un trozo de oro solo se observan átomos de oro (Au).

La química como todas las Ciencias tiene su propio idioma que se denomina vocabulario técnico, conocerlo es hablar con propiedad. Una pequeña variante hace que perdamos que expresemos conceptos totalmente diferentes.