Resuelto el misterio de la pequeñez de la violación de la simetría CP

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El Premio Nobel de Física de 2008 para Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa por el descubrimiento de la conexión entre violación de la simetría CP y la masa en reposo de los quarks más ligeros nos dejó cierto mal sabor de boca. ¿Por qué la asimetría CP es más pequeña de lo necesario? Aparentemente el Modelo Estándar no nos daba la respuesta, aunque ahora Gary Gibbons y sus colaboradores de la Universidad de Cambridge han logrado obtener la respuesta. Es tan pequeña porque las masas de los quarks son pequeñas. ¿Por qué las masas de los quarks más ligeros son tan pequeñas? Nadie lo sabe. Unos misterios se aclaran, otros siguen esperando respuesta. Nos lo cuenta Philip Ball, “Quark statistics shed light on Universe’s symmetry. CP violation comes into focus,” Nature, 458: 559, 2 April 2009 , haciéndose eco del artículo de Gary W. Gibbons, Steffen Gielen, C. N. Pope, and Neil Turok, “Naturalness of CP Violation in the Standard Model,” Phys. Rev. Lett. 102: 121802, 2009 .

La mayoría de las colisiones entre partículas no se ven alteradas si las miramos en un espejo cuando además sustituimos las partículas por antipartículas. Sin embargo, ciertas colisiones que se rigen por la fuerza electrodébil violan dicha simetría, llamada CP (carga-paridad). Esta violación se observó por primera vez en kaones en 1964 (el kaón en El Tamiz). Cierto parámetro asociado a dicha violación, llamado J por Cecilia Jarlskog, es mucho más pequeño de lo que los modelos teóricos esperaban. ¿Por qué? Era un misterio, el misterio de la pequeñez de la violación CP, cuyo secreto ahora ha sido desvelado. Gibbons y sus colaboradores han estudiado estadísticamente el espacio de todas las matrices Cabibbo-Kobayashi-Maskawa posibles en el Modelo Estándar que son compatibles con la distribución observada experimentalmente de masas de los quarks. Sorprendentemente el parámetro J para dichas matrices tiene como valor de máxima verosimilitud el valor observado experimentalmente Japprox 3times 10^{-5}.

¿Para qué sirve este trabajo? Resolver un misterio siempre es importante. El nuevo cálculo permite estimar límites inferiores para la masa que podrían tener quarks de una posible cuarta generación que sean compatibles con el valor observado del parámetro J y por tanto “estimar” las posibilidades de que el LHC del CERN encuentre esa posible cuarta generación de la materia.

¿Todo resuelto? Ni mucho menos. La mayoría de los investigadores pensaba que el valor de J tenía un valor ajustado de forma precisa para ser compatible con las masas de los quarks más ligeros. Ahora resulta que son las masas de éstos las que determinan J. En cualquier sigue abierto el problema de la jerarquía de masas: ¿por qué los 6 quarks de las 3 generaciones tienen las masas que tienen?

8 Comentarios

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GonzaloGonzalo

Si alguien me dijese que el texto anterior lo ha escrito un esquizofrénico, me lo creería.

JL Pérez de la CruzJL Pérez de la Cruz

Si alguien me dijese que el comentario anterior lo ha escrito un esquimal, me lo creería.

ClaudioClaudio

El problema de los quark, es que se basan su determinación, con teorías no muy bien confirmadas,toda vez que no se llega a saber que espín tienen,no se encuentran libres en la naturaleza y solamente se habla de ellos por las consecuencias que ocasionan. Por ello, yo les propongo, que consideren un remolino potencial, con espin un medio, luego nos aparecen tres momento intrínseco del mismo valos absoluto, respeto a tres ejes ortogonales, como el remolino es un ente con identidad propia, que retiene masa del medio, y correspode a la estructuras de las partículas simples, este ente tiene simetria respecto a tres eje, uno el de rotación del remolino, y los otros dos, están en el plano de simetria del toro de su remolino.
Sucederá que: Se puede considerar a una partícula simple,formada por tres particulas elementales,y a cada una de ellas,las podemos llamar quark, con espín de la misma magnitud pero distinta orientación, sobre los ejes mencionados, entonces podemos hacer combinaciones con ellas, y la orientación del espín en los ejes, para conseguir las partículas simples que nos aparecen en la naturaleza.Bien entendido que aunque los espines situados en el plano del remolino son semejantes, no producen el mismo efecto en el medio, por lo que dan distintas partículas simples.
Así planteado la naturaleza de las partículas simples, podemos explicar todos los fenómenos naturales,pues coincide con la teoría de los quark, entes que no se pueden encontrar, y tienen masa según el quark elegido.
Esto lo ha realizado la Teoría del Cladín, con articulos en la red y con exito teórico, pudiendo considerarse una Teoría del Todo. Claudio

emulenewsemulenews

Claudio, con perdón. ¿”El problema de los quark (…) teorías no muy bien confirmadas”? No entiendo lo que quieres decir. Parece que no conoces la Cromodinámica Cuántica (QCD). No está tan verificada como la Teoría Electrodébil (EWT) pero ha sido verificada con todo detalle hasta las escalas de energía accesibles en los mayores aceleradores de partículas. Hasta donde yo sé está perfectamente bien confirmada experimentalmente.

No entiendo “quarks (…) no se llega a saber que espín tienen.” Son fermiones y su espín ha sido verificado experimentalmente, el mismo que el del electrón. Si algo era paradójico de los quarks en 1965 era su carga eléctrica, pero en los experimentos de dispersión (scattering) inelástico en nucleones de finales de los 1960s y principios de loas 1970s quedó confirmado que el nucleón está constituido por partones de cargas que corresponden a la de los quarks de Gell-Mann.

Por qué te molesta que los “quarks (…) no se encuentran libres en la naturaleza.” ¿Qué significa esto? Están libres dentro del nucleón (libertad asintótica de la QCD, Premio Nobel de Física de 2004). ¿Por qué te molesta que no estén libres fuera de un nucleón (barión) o pión (mesón)? ¿Por qué ha de molestarnos que una partícula libre esté confinada dentro de un hadrón? ¿Es menos libre que una que no esté confinada?

“Solamente se habla de ellos por las consecuencias que ocasionan.” ¿Se habla del electrón por otra cosa que no sean las consecuencias que ocasiona?

“Consideren un remolino potencial, con espin un medio.” Qué es el espín de un “remolino potencial.” Recuerda que espín y momento cinético son conceptos de origen completamente diferente (el primero debido a la invarianza a transformaciones del grupo de Poincaré y el segundo debido a la invarianza a rotaciones espaciales).

Recuerda, la QCD, igual que la Relatividad General de Einstein, es una teoría complicada porque es fuertemente no lineal. Ciertos cálculos no son difíciles, son imposibles de realizar a mano. Sin embargo, gracias a la QCD en redes (lattice QCD) dichos cálculos se pueden realizar y se realizan normalmente en los mayores supercomputadores del mundo. Ya se puede calcular teóricamente la masa del nucleón (algo imposible hace sólo 10 años) sin cambiar un ápice la QCD.

¿Por qué una teoría en la que calcular a mano las cosas es más díficil que en otras es sistemáticamente criticada como no confirmada? Más aún si los experimentaos (hasta hoy) la ratifican plenamente. Por cierto, recibirá un millón de dólares del canadiense Instituto Clay quien logre desarrollar herramientas matemáticas que permitan calcular a mano en QCD (con ellas será fácil resolver el problema del “mass gap”). A los matemáticos rigurosos no les gusta la QCD por ello. Es una teoría difícil, extremadamente difícil. Necesitamos matemáticos puros más inteligentes, no nuevas ideas experimentalmente no verificables sobre la realidad de los quarks ampliamente confirmada experimentalmente.

ClaudioClaudio

Estimado Emulenews: No tengo porque perdonarte nada, sino agradecerte tu crítica a mi comentario, aunque ella no haya sido favorable a mis criterios en la concepción de los quark, pues me va a permitir aclararte los conceptos en los que me apoyé, para mantener mis hipótesis, y veras que el éxito de la QCD está precisamente en esa interpretación.
Aclaremos primeramente que es un remolino potencial.
Un remolino potencial, según lo determina la Mecánica de Fluidos, es un ente con estructura propia, que conserva energía, momento y cantidad de movimiento, constituido por varias líneas cerradas, en el que se mueven las partículas, de dimensiones inferior a la longitud de Planck, (según mi criterio), que están en rotación y constituyen las líneas, sin poderlas abandonar, ellas forman el hilo, y su figura geométrica es la de un toro, que para más fácil interpretación, se puede considerar como un aro. Esta figura tiene un eje de revolución y un plano normal al mismo que es también de simetría.
Este ente, así definido, tendrá momentos intrínsecos que constituyen su espín, que será independiente del momento cinético que pudiera tener el remolino. Según se demuestra, solamente hay dos tipos de remolinos estables, que vienen definido por su espín, los que tienen espín entero, que se propaga con la velocidad del fotón y los de espín semientero, que al producir presiones o depresiones en el medio, dan origen a la masa o a la antimateria, según creen presión o depresión, y a la vez, según ocasionen en los elementos diferenciales de volumen del medio, rotaciones o desplazamientos, darán lugar a las cargas eléctricas o solamente a campos magnéticos.
Una vez definido como son los remolinos potenciales, podremos dar un comportamiento del porqué de los quark, que coincidirá con la dada por la QCD, al ser los remolinos con su estructura los que dan las partículas simples, que serán distintas, según tengan su configuración, determinada por el flujo inducido a través del aro, la orientación del espín y la dimensión de su hilo.
Por la dimensión del hilo, para el mismo espín, el remolino dará lugar a que las presione, se originen en el interior del hilo o bien sea exterior al mismo, en el primer caso son los leptones y en el segundo los bariones. Como puede, también el remolino, dar lugar a depresiones, entonces en vez de masa tendremos antimateria.
Por el flujo inducido, con respecto al espín, habrá doble tipos de partículas simples, según sea el flujo inducido en mismo sentido que el del espín(eje de revolución) o en el contrario, de aquí se produzcan presiones o depresiones, en el medio que den origen a las masas o a la antimateria.
Por el espín, las partículas, con espín semientero, tienen una componente en el eje de revolución y las otras dos son ortogonales entre sí, y que están contenidas en el plano de simetría, normal al eje de revolución, siendo la magnitud de de las tres componentes iguales. Una salvedad que hay que tener en cuenta, es que si bien en principio no parece que no exista diferencia en la orientación de las dos componentes del espín situadas en el plano de simetría, no es tal, pues según estén adelantadas o retrasadas en su posición, dan lugar a partículas simples distintas, una origina el campo eléctrico y la otra solamente a campo magnéticos (será neutra).
Ahora se puede concebir, una partícula simple formada por tres partes, cada una de ellas conteniendo un hilo de remolino que tendrá espín y producirán masa o antimateria, y carga eléctrica o será neutra. A cada uno de estos remolinos los podremos llamar quark, estarán siempre contenidos en los núcleos y serán partículas que no las encontraremos fuera de ellos, ya que no son estables. Dos partículas denominadas quark, se podrán asociar para constituir los mesones de espín nulo al contrarrestarse entre sí y las cargas serán nulas, positiva o negativa.
De esta forma he creído contestar correctamente a las críticas que has formulados, y si no entiendes mis argumentos, es porque no he sabido explicarme bien, por lo que estoy a tu disposición para aclarártelo en un nuevo comentario.
Sigo dándote las gracias, porque me permites explicar la Teoría del Cladín, que es una concepción de la Naturaleza a través de la Mecánica Fluidos, solamente teniendo en cuenta la Mecánica Racional.
Firmado Claudio.

emulenewsemulenews

Claudio, tus ideas me recuerdan mucho a las de Lord Kelvin (W. Thompson) y su gran defensor y amigo P. G. Tait, a finales del s. XIX. Pensaban que los átomos (en aquella época no se conocía ninguna partícula elemental) eran vórtices en un fluido ideal (el éter). Estos vórtices se enlazaban y anudaban entre sí. Cada nudo era un átomo. Las vibraciones de los nudos explicaban los espectros atómicos. La teoría fue desechada rápidamente y sustituida por la mecánica cuántica. Aún así, dio resultado a varias contribuciones importantes a la teoría de nudos (como la clasificación de nudos de Tait de 1900).

Estirando la analogía, tus ideas me recuerdan a la explicación de las partículas elementales gracias a la teoría de nudos (knot theory (KT), lo que a veces llaman teoría topológica de campos cuánticos (TQFT), uno de cuyos creadores es Ed Witten). Algunas ideas las puedes encontrar en “Una nueva relación entre la física y las matemáticas en el ocaso del siglo XX,” del mayor experto español en este campo José M. F. Labastida (uno de los alumnos aventajados del genial y a veces “endiosado” Francisco (Paco) J. Ynduráin, el mayor experto en España en QCD y autor del clásico “The Theory of Quark and Gluon Interactions,” reeditado por Springer varias veces, la 3ra. es de 1999 y la última reimpresión de 2007).

Si te interesa saberlo, la TQFT todavía no ha sido capaz de explicar el Modelo Estándar (la teoría de cuerdas tampoco lo ha logrado) así que por ahora sólo parece una incursión más de los físico-matemáticos que está conduciendo a resultados muy interesantes desde el punto de vista matemático (entre ellos los que le dieron la Medalla Fields a Ed Witten) pero con nula aplicabilidad física (hasta el momento).

ClaudioClaudio

Estimado Emulenews: Estos dias voy a estar ausente de mi domicilio habitual, por lo que no podré darte una explicación clara de porque la teoría del Cladín da consistencia a la Cuántica y a la Relativista, la cual demuestra que la masa se propaga según una onda, a la vez que la materia es cuántica, así mismo determina, que el fotón es un remolino, que se propaga con la velocidad de agitación del medio, que es la de la luz. Si quiere abanzar en las ideas de la teoría puedes ver el blog “dladin” donde tengo colgados varios artículos sobre estos temas. Firmado Claudio

ClaudioClaudio

Emulenews:El blog al que se tiene acceso desde cualquier servidor, con solamente escrbir la palabra, es el denominado, cladin. Hay un error en mi anterior comunicación. Claudio

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