Reseña: “La materia extrema” de Enrique Ruíz Arriola

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“Podemos ver y escuchar al Big Bang, la gran obertura de una sinfonía celestial cuyos destellos y ecos llegan hasta nuestros días. [El] Little Bang reproduce lo que sabemos en los primeros microcompases y, a diferencia del Big Bang, nos permite oír a la orquesta afinar sus instrumentos cuando los núcleos de oro se contraen por efecto de la relatividad. Después, solo queda el mudo silencio que la mente humana reserva para los pensamientos más profundos”.

El título del libro de Enrique Ruíz Arriola, “La materia extrema. Estados exóticos de la materia en el cosmos y en el laboratorio”, Un paseo por el cosmos, RBA Coleccionables (2016) [175 pp.], sugiere que encontraremos una discusión detallada sobre el plasma de quarks y gluones, y otros estados de la materia hadrónica. Máxime cuando su autor es experto en el tema. Por desgracia, apena que algo tan conocido como el estado de plasma no aparezca hasta el capítulo sexto.

En cierto sentido me he sentido engañado, pues las primeras 115 páginas me parecen prescindibles, puro relleno. De hecho, recomiendo a los lectores que empiecen por la página 115 y omitan el resto. Aún así, el libro está bien escrito y el autor va ganando en seguridad conforme pasan las páginas. No es lo mismo pagar por un libro de 175 páginas para leer uno de 60 páginas, pero no recomiendo empezar por el principio, pues la mayoría de los lectores tipo de la colección de RBA se echarán atrás. Una pena.

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Tras la introducción [pp. 7-14, el libro incluye ocho capítulos, todos con la palabra extrema en su título. El primer capítulo, “Números extremos” [pp. 15-30], nos recuerda lo que son las unidades y cómo se usan los “números extremos en condiciones normales”. El segundo capítulo, “Normalidad extrema” [pp. 31-53], nos recuerda qué es la densidad, presión y temperatura, claves para entender “la ecuación de estado”. La diferencia entre gases ideales y gases reales, nos lleva a los “estados clásicos de la materia”.

El capítulo 3, “Tamaños extremos” [pp. 55-68], parte de los átomos de Demócrito, nos habla de su tamaño, “el tamaño del núcleo” y “el tamaño del protón”. El cuarto capítulo, “Velocidades extremas” [pp. 69-96], nos lleva a la dualidad entre “ondas y partículas”, gracias a su conexión con el “análisis de Fourier”, “el principio de indeterminación” y las “interferencias: fermiones y bosones”. Todo ello son cuestiones que se discuten de forma breve con objeto de llevar a los “estados cuánticos con temperatura”. Quizás lo que esperas tras leer el título de este capítulo es una discusión de “los límites relativistas del movimiento” su última sección. Pero todos estos temas se han discutido en más detalle en otros libros de esta colección de RBA.

El quinto capítulo, “Interacciones extremas” [pp. 97-114], nos introduce algunos conceptos de teoría cuántica de campos, como las “antipartículas”, los diagramas de Feynman y las “fuerzas de intercambio”, el “espín”, las “reacciones cruzadas”, “el vacío físico”, las “fuerzas y partículas fundamentales”, “la estructura granulada de la materia” y la diferencia entre “materia blanda y extrema”.

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El título del libro, “la materia extrema”, describe el contenido de los tres últimos capítulos. Una pena. No sé cuántos lectores aguantarán hasta la página 115 para disfrutar del contenido esperado. “Densidades extremas” [pp. 115-134], el capítulo 6, se inicia con la estructura en capas del interior de la Tierra en “materia concentrada” y pasa a describir la “materia nuclear”. El protagonista es el nucleón que “tiene dos estados de isospín: arriba (protón) y abajo (neutrón)”. La densidad de la materia nuclear es extrema, “algo así como comprimir el planeta Tierra en un metro cúbico. Como veremos, dicho estado existe en el interior de las estrellas de neutrones”.

La “materia neutrónica [solo] existe que sepamos en el interior de las estrellas de neutrones. [Según] una leyenda apócrifa, Lev Landau fue el precursor de la idea de la estrella de neutrones, algo imposible ya que la habría propuesto antes de que el neutrón fuera descubierto por Chadwick en 1932; de hecho lo que propuso fue una suerte de núcleos gigantes formados por electrones y protones”. La cromodinámica cuántica se presenta en “el interior del nucleón” incluyendo la “libertad asintótica” y “el confinamiento de los quarks”. Finaliza el capítulo con una breve discusión sobre la “materia quarkónica” y las hipotéticas estrellas de quarks.

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El capítulo 7, “Temperaturas extremas” [pp. 161-170], se inicia con las “descargas gaseosas”, el “plasma y electrolitos” y el concepto de “equilibrio completo” (en realidad del equilibrio incompleto). “El mecanismo de transferencia de energía y por tanto de equilibrio es mucho más eficiente entre partículas con igual masa que entre partículas con masas muy diferentes, como es el caso de los electrones y los iones. Por ello se suele hablar de un equilibrio incompleto, donde existen dos temperaturas diferentes. [El] equilibrio incompleto le confiere al plasma la enorme ventaja de tener un fluido «caliente» de electrones junto con otro «frío» de iones”.

Las “oscilaciones de plasma” y las “ondas en el plasma” incluye una (agradable para mí) mención al amortiguamiento de Landau y el trabajo matemático de Cédric Villani, que “le valió la medalla Fields en 2010″. Hablando de la “fusión nuclear” el autor nos sugiere “imaginar el interior del Sol como un horno para los átomos pero un frigorífico para los núcleos”. “El plasma hadrónico” nos habla del espectro de los núcleos y de la temperatura de Hagedorn. Se finaliza el capítulo con el protagonista esperado del libro, “el plasma de quarks y gluones”.

“La predicción de Hagedorn ha resultado ser cierta en lo esencial: existe una temperatura por encima de la cual la materia hadrónica no existe como tal. [Los] hadrones se descomponen en sus constituyentes más fundamentales: quarks y gluones”. Se menciona “el retículo de QCD” como “reto computacional”, “el llamado flujo elíptico“, el “deconfinamiento de los quarks”, y “el modelo de percolación de los hadrones“. La verdad, en el contexto de la colección de RBA, me hubiera gustado que este libro consistiera en ampliar el capítulo 8 y discutirlo con detalle. Me apena que los editores de la colección no se involucren más con los autores y les cuenten qué temas ya han sido discutidos en otros libros y no merece la pena que sean repetidos.

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El último capítulo, “Los extremos se tocan” [pp. 161-170], vuelve a discutir cuestiones básicas ya descritas en otros libros de la colección. El “espacio vacío” a nivel interestelar (“unas 1000 moléculas por litro”) e intergaláctico (“una molécula por cada 1000 litros”). “El diagrama de las fases y puntos críticos” y “el punto crítico: gas hadrónico y plasma gluónico”. Finaliza con un apartado breve pero poético, “los sonidos del silencio”. Tras unas lecturas recomendadas y un glosario de términos.

En resumen, en el marco de la colección de RBA, un libro titulado “la materia extrema” sugiere un libro sobre los estados de fase predichos por la cromodinámica cuántica. Máxime cuando el autor es catedrático de Física Atómica, Molecular y Nuclear que es experto en el tema. Aún así, el libro se lee bien y será disfrutado más por quienes no hayan leído otros libros de la colección. Quizás sirva para que se animen a leerlos. Quizás…


19 Comentarios

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planck

El núcleo del átomo es una “cosa” muy rara. Aproximadamente el 90% de su masa está en forma de pura energía lo que en el fondo quiere decir que nuestra masa es en un 90% pura energía confinada en pequeñas “bolitas” de 10exp-15m de radio. Unos 10exp-11 segundos después del big-bang una extraña fuerza confinó la enorme energía disponible en “bolitas” de 1 fermi, aunque parezca increíble está extraña fuerza que confinó los quarks puede ser un “confinamiento eléctrico de color” debido a monopolos magnéticos. Mucho después estas “bolitas” fueron fusionadas en enormes hornos de fusión nuclear para formar núcleos más complejos… se formó la Tierra… las primeras moléculas orgánicas… ¡ y seres vivos conscientes que son capaces de entender y explicar todo esto ! ¿Puede existir una historia más increíble?
Por encima de 2 trillones de grados kelvin (¡seres conscientes capaces de producir esta energía en un laboratorio!) se produce el deconfinamiento y se crea un plasma de quark-gluon. Aquí tenemos otra cosa increíble: este plasma esta fuertemente acoplado y la dualidad ADS/CFT nos permite estudiar sistemas fuertemente acoplados analizando su dual gravitatorio debilmente acoplado. El dual del plasma quark-gluon es: ¡¡¡un agujero negro!!! Usando la entropía del agujero negro y un parámetro relacionado con la sección de absorción de un AN podemos calcular la “viscosidad” del plasma y esta viscosidad ¡Coincide con los datos experimentales! Por si esto fuera poco podemos estudiar las distintas fases del confinamiento/confinamiento analizando distintas características de diferentes agujeros negros. Aunque esto parezca ciencia-ficción estamos hablando de Física Fundamental.
La dualidad ADS/CFT se gestó en el entorno de la teoría de cuerdas. Su validez sería un gran logro de la teoría de supercuerdas. Por otro lado, creo que cada vez es más evidente que vivimos en un Universo con más dimensiones espaciales de las que vemos. El tiempo en si mismo es una especie de “dimensión oculta”: solo vemos las sombras 3D de un objeto 4D, el espacio-tiempo es una entidad 4-dimensional y distintos observadores perciben distintas “sombras” desde distintos ángulos del mismo objeto. Por cierto, es muy curioso que la palabra “proyección” sea omnipresente en la Física fundamental: proyecciones en el diagrama de Minkowski, proyecciones en los espacios de Hilbert, proyecciones estereográficas, proyecciones en los espacios de spin, espacios proyectivos… ¿Es solo una herramienta Matemática o hay algo más? Mode divagation off, Monserga Dominguera off :-)

PelauPelau

…proyecciones de monsergas domingueras en el plasma del monitor…
It from bit…. Bit from planck.
Soft Hair Joker mode off. :)

Otro domingo redondito, muchas gracias.
Saludos.

planck

De nada, como mi mujer no aguanta mis monsergas os las tengo que dar aquí en plan “sermón científico” :-) Hasta que Francis me eche jeje

Pedro Mascarós

Te pasa como a mí, Plank; en seguida me pongo en science-mode y no me aguanta nadie; en casa, aburro, con mis compañeros de trabajo si te sales del fútbol o las pelis/series hacen mofa, y mis amigos me toleran, pero obviamente tienen un límite; al final tienes que soltar tus neuras en los foros o un blog. Y bueno, en mi caso también preguntar…y cuando se pregunta a veces se dicen tonterías, y ¡zasca! que te llevas, y como encima voy con mi nombre real por ahí, que es lo menos inteligente que se puede hacer cuando no se gana nada con ello… bueno, algo sí que gano con ello, con ir con mi nombre y llevarme zascas, gano… humildad jajajaj :-)

Estoy de acuerdo con todos, me gustan tus monsergas y aprendo mucho con ellas-

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Para nada son divagaciones domingueras Planck. Da mucho gusto leer a alguien que comenta con tanto entusiasmo en un sitio tan fantástico como el blog de Francis. Refresca mi ánimo por la ciencia.

“Imaginen que el el mundo fuese a destruirse para que una nueva civilización humana comenzara desde cero, libre todos nuestros aciertos y desdichas. Imagina que fueses tú quien pudiese pasarle sólo una frase con la mayor cantidad de información ¿Qué frase les regalarías? Os voy a decir y a explicar cual sería la que yo pasaría:

El mundo está hecho de átomos ”

Algo así comienza Richard Feynman el primer volumen de sus Lectures on Physics hoy en día estamos tan habituados a que nos hablen de átomos que tristemente perdemos sensibilidad ante el hecho tan maravilloso de ese secreto de la naturaleza.

De manera un poco más técnica os comparto mi constante y profundo asombro (y reverencia) por la QCD. Me parece maravillosa la existencia de una temperatura limitante para la cual no existe más la materia hadrónica, el confinamiento, el hecho de que QCD es una teoría libre de parámetros (consecuencia de la libertad asintótica), el mass gap, las gluebolas, la simetría quiral y su rotura …

A pesar de la dificultad de describir un átomo con muchos nucleones yo siempre sentí mucho respeto por los modelos del átomo, pregunto ¿A ustedes (o alguno de sus hijos) de cuantos modelos del átomo les hablaron durante la educación elemental?. A mi me hablaron de pocos, pero la verdad es que hay muchos y la gran mayoría son una verdadera obra maestra de grandes físicos, ¡Que difícil debe ser modelar algo tan complejo y tan maravilloso! y los físicos pueden con esto.

Por último mencionar la aparición de Matemáticas muy hermosas en QCD y enraizadas en sus más emocionantes misterios, la ambiguedad de Gribov o las anomalías quiral, la ABJ o la de traza que contribuyen a la masa de los piones y a la estabilidad de nuestro universo :) Calcular anomalías y ver aparecer la primera clase de Chern de forma cerrada es de esas cosas que te hacen reflexionar sobre lo maravilloso que es el mundo.

Y cuanto le gustan las matemáticas :)

Pedro Mascarós

Me pregunto si alguna vez se podrá solucionar el misterio matemático, es decir, si al fin y al cabo lo único que hace la naturaleza es repetir pautas en el tiempo, y el lenguaje bueno para ello son las matemáticas, o si por el contrario las matemáticas son un verdadero “ente” embebido en él.

Para intentar dilucidar esto me gusta hacerme esta pregunta ¿podría existir un universo con otras matemáticas?, y cuando digo otras matemáticas no me refiero a otras leyes de la naturaleza, si no a otro tipo de relación lógica, de relaciones primitivas que lleven a otro lenguaje que describa los acontecimientos de ese universo….entonces pienso ¿se podría describir nuestro universo con esas otras matemáticas? Si la respuesta es sí, entonces está claro que es simplemente un lenguaje para las pautas en el tiempo, si la respuesta es no, entonces sería algo propio de cada universo, como si este estuviera codificado de alguna forma.

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Exacto Pelau :) Tegmark es el referente en esta clase de discusiones. Supongo que si a uno realmente le interesa el tema debe reflexionar en lo que ha escrito.

Hace no mas de dos años hubo una polémica sobre un artículo en el cual Polchinski dice que hay un 94% de probabilidad de que el multiverso exista. No es una afirmación tan a la ligera como pareciese a primera vista ni tampoco ambigua. Polchinski dice que muchas piezas importantes de nuestra comprensión mas profunda del universo apuntan firmemente en su existencia. Por ejemplo inflación, por ejemplo teoría de supercuerdas.

No tengo una postura definida sobre tan difícil asunto pero es estimulante leerle.

String theory to the rescue: https://arxiv.org/abs/1512.02477

Pedro Mascarós

Si hay algo que nos ha enseñado la historia de la ciencia, es que las especulaciones están siempre demasiado ligadas al contexto cultural y a los prejuicios que hemos creado, de forma que nunca, nunca han dado en el clavo; creo que hay que ser más escéptico sobre las consecuencias lógicas de lo que se tiene sobre la mesa en este momento.

Con todo lo que se tenía sobre la mesa e la época de Anaximandro, lo más inteligente era suponer que el sol y la luna eran una especie de anillos alrededor de nuestro planeta; antes de newton, lo más razonable era imaginar el movimiento planetario como un resultado cinemático; tengo un libro de texto de física pre-relativista, que tiene una explicación sobre el éter, que de verdad, me encantaría que lo vierais, pone de ejemplo un hombre que anda por la noche por un parque, con lluvia y aire en contra, e iluminado por la luz de las farolas, y la explicación es tan brutalmente razonable, que te hace dudar y todo jajaja; con lo que se tenía en la mesa entonces, no pensar que hubiera un éter era de tontos.

Todas las especulaciones del multiverso son consecuencias lógicas de lo que se tiene hoy por hoy sobre la mesa, pero a base también de suposiciones adicionales ligadas a nuestros prejuicios, nuestro prejuicio de cómo ha de ser la frontera del tiempo, nuestro prejuicio a qué significa existir y no existir…etc

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Al final esa es una de las preguntas mas grandes que hay Pedro. Pocas cosas tan profundas como cuestionarse por la efectividad de las Matemáticas en la descripción del mundo físico.

¿Es posible otro universo con otras Matemáticas? preguntar eso nos llevaría muuuy lejos :)

CurioseandoCurioseando

Yo de Max Tegmark tengo el libro: Nuestro universo matemático. Siéntase libres para alucinar.
Saludos.

PelauPelau

Afterburner mind-blowing:

Neil deGrasse Tyson con los panelistas David Chalmers, Zohreh Davoudi, James Gates, Lisa Randall y Max Tegmark… flipando acerca de si el universo es una simulación:
https://www.youtube.com/watch?v=wgSZA3NPpBs
480p / 2:00:58 / Inglés / subs Inglés – Español (trans auto)

Neil deGrasse Tyson con los panelistas Katherine Freese, Jim Gates, Janna Levin, Marcello Gleiser, Brian Greene y Lee Smolin… debatiendo acerca de The Theory of Everything:
https://www.youtube.com/watch?v=Eb8_3BUHcuw
480p / 1:47:00 / Inglés / no subs

Aquí el fragmento más flipante del anterior vídeo (Jim Gates finds Shannon’s computer code very deeply inside the equations of String Theory) con subs Inglés (gen auto) – Español (trans auto):
https://youtu.be/cvMlUepVgbA?t=116

Disfrútese con moderación
😉

CurioseandoCurioseando

A mí me gustaría que Francis comentara, si es posible, el artículo de Guillermo Ballesteros et al. Unifying Inflation with the Axion, Dark Matter, Baryogenesis, and the Seesaw Mechanism, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.071802.
Saludos.

Francisco R. Villatoro

Curioseando, hay poco que contar. Los autores empaquetan varias soluciones ya conocidas a problemas famosos y venden como nueva idea el paquete completo. Como las soluciones individuales son muy especulativas, el paquete es aún más especulativo que ellas por separado. Por cierto, hay muchas alternativas a SM*A*S*H, que salvo por el nombre inspirado en la serie M*A*S*H, no tendrá mucho recorrido (espero equivocarme por el bien de los españoles coautores de la idea). El problema es que muchas de sus predicciones no se podrán confirmar en el siglo XXI, así que o bien se refuta una solución parcial, con lo que los autores buscarán una alternativa, o bien siempre seguirá siendo una especulación tan razonable como cualquier otra de las decenas de propuestas publicadas. Un nombre “comercial” no hace más factible una propuesta.

Mi opinión se resume con el último párrafo de Bee, “A new theory SMASHes problems,” Backreaction, 16 Nov 2016. Aún así, he escrito “El modelo estándar extendido SM*A*S*H”, LCMF 21 Feb 2017.

planck

Gracias por vuestros comentarios, solo con que a alguno le interesen o incluso le inspiren mis comentarios ya ha valido la pena escribirlos con creces. Como dice Pedro, no es fácil encontrar a gente con la que “hablar” de estos temas. Por supuesto, en la vida hay que tener muchas otras aficciones y temas de conversación, sin embargo, ?existe una aficción mas fascinante y trascendente que tratar de entender las leyes fundamentales del Universo? Como dice Ramiro, nuestro Universo hecho de átomos esconde grandes misterios y nosotros somos unos privilegiados por tener la oportunidad de descubrirlos y comprenderlos. Un saludo.

ManuelbsManuelbs

Una pregunta
Estos libros cómo se pueden conseguir??
Son números de colecciones y no he encontrado la forma de conseguir libros sueltos.
¿¿Alguien lo sabe??
Gracias

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