En el anterior artículo de la serie Esas maravillosas partículas, en el que hablamos acerca del bosón de Higgs, terminamos con la última partícula interesante del Modelo Estándar de partículas subatómicas. A partir de hoy nos adentramos en aguas procelosas: estudiaremos partículas que no sólo no han sido observadas experimentalmente, sino que están fuera del modelo que tantos éxitos ha tenido en sus predicciones.
Por otro lado, estar fuera del Modelo Estándar no tiene por qué significar que la partícula en cuestión sea una frívola suposición ni nada por el estilo: no es vergonzoso para una partícula estar fuera de él; para empezar, los físicos saben que el Modelo Estándar no es una teoría completa del Universo y las partículas que en él existen, pues no explica todo lo que hemos observado hasta ahora. Algunas de las partículas de las que hablaremos a partir de hoy serán, en efecto, apuestas arriesgadas por parte de los físicos teóricos que las han propuesto, pero otras son posibilidades muy reales y estamos ahora mismo buscándolas. De hecho, hoy verás cómo puedes poner un granito de arena en esta búsqueda desde tu propia casa.
En cualquier caso, la primera partícula más allá del Modelo Estándar de la que vamos a hablar es, aunque hipotética, nombrada con relativa frecuencia. En gran parte esto se debe a que, como veremos, todo sería tan bonito y simétrico si esta partícula existiese… hablaremos del gravitón.
Como suelo decir, si sabes del asunto puede que sufras, te muerdas las uñas y rechines los dientes al ver las simplificaciones y la manera de hablar con la que me propongo atacar el asunto (puede que más que “atacar” a ti te parezca “destruir”). Si sufres, lo siento, pero la filosofía de El Tamiz es “antes simplista que incomprensible”. Hay muchos textos muy técnicos y completos por ahí, y si este estilo no te gusta, mejor dejas de leer esta entrada.
Dicho esto –y soy consciente de que me repito, pero es inevitable–, recordemos algunas de las partículas de las que hemos hablado en la serie. Si la has seguido desde el principio, tienes un conocimiento básico pero espero que sólido sobre las partículas fundamentales que son responsables de casi todas las interacciones que conocemos. Espero que recuerdes cómo el fotón era el responsable de la interacción electromagnética, el gluón de la interacción nuclear fuerte (y los piones de la interacción nuclear fuerte residual), y los bosones W y Z los que se encargaban de la interacción nuclear débil.
Es decir, cada una de estas interacciones puede ser modelada teóricamente mediante el intercambio de partículas virtuales (en todos los casos, como también espero que recuerdes, bosones). Esto es consecuencia de que el Modelo Estándar es el hijo de la teoría cuántica de campos. Todas esas interacciones pueden producir ondas, y los bosones que las transmiten (como el fotón) no son más que la cuantización de esas ondas. Si has seguido la serie de Cuántica sin fórmulas hasta el momento, deberías estar ya familiarizado con este concepto para el caso de la radiación electromagnética y el fotón.
Hasta aquí, todo correcto. Pero, ¿y qué hay de la gravedad? Es la única interacción fundamental que no hemos mencionado en el párrafo anterior. ¿Es que la pobre gravedad no tiene una partícula asociada que es intercambiada y cuantiza sus ondas? La fuerza gravitatoria tiene un comportamiento extraordinariamente similar, en algunos aspectos, a la electromagnética, aunque en otros es muy distinta. ¿No puede regirse por leyes físicas similares y tener su propia partícula?
Este razonamiento, aunque a un nivel y con una abstracción mucho mayores, lo han realizado muchos físicos fundamentales, y el resultado ha sido una partícula hipotética que sería para la gravedad lo mismo que el gluón es para la interacción fuerte, o el fotón para la electromagnética. No es muy original, pero el nombre que se ha dado tradicionalmente a esta partícula es el de gravitón. Algunos físicos juran y perjuran que debe existir, mientras que otros los miran arqueando las cejas con desdén. Sólo los experimentos darán la razón a unos o a otros.
Como digo, el gravitón es una posible partícula fundamental, pero eso no quiere decir que no tengamos ni idea de cómo puede ser. De existir, es probable que siga los mismos patrones que los otros bosones que hemos mencionado antes. Por ejemplo, el gluón tiene masa y es inestable, con lo que la interacción nuclear fuerte tiene un alcance muy corto. Sin embargo, el fotón tiene masa nula y es estable, por lo que la interacción electromagnética, y por lo tanto la luz, tienen un alcance infinito.
Tú mismo, querido lector, puedes estimar entonces algunas de las características del gravitón, si es que existe, sin usar una sola ecuación. Para empezar, notamos la fuerza gravitatoria de objetos extraordinariamente lejanos, como vemos continuamente en astronomía: por ejemplo, el Sol orbita el centro de la Vía Láctea, y las galaxias forman cúmulos globulares alrededor de su centro de gravedad común. De modo que la gravedad tiene un alcance gigantesco — de hecho, pensamos que tiene un alcance infinito, aunque no estamos completamente seguros.
De modo que el gravitón probablemente no tiene masa, y si la tiene será minúscula. Los cálculos a partir del alcance medido de la interacción gravitatoria dan un máximo posible de masa al gravitón de unos 10-69 kg: es decir, que como mucho es cien billones de cuatrillones de veces más ligero que un electrón. Pero vamos, la mayor parte de los físicos apuestan por un alcance infinito y una masa nula, lo mismo que en el caso del fotón.
Además, puesto que sería el responsable de una interacción, el gravitón sería un bosón — tendría un espín entero. Es posible que recuerdes que el fotón tenía un espín de 1, debido a la naturaleza de la interacción electromagnética. Los físicos predicen que el gravitón tendría un espín de 2 porque la gravedad es un campo tensorial de segundo orden, pero esa razón tan rimbombante es lo de menos: lo importante es que sería un bosón, como el fotón.
No sólo eso: de tener masa nula, como creemos que la tiene, el gravitón se movería a la velocidad de la luz, igual que el fotón. La fuerza gravitatoria tendría pues (como creemos que tiene) un alcance infinito y se transmitiría a 300.000 km/s. De modo que un gravitón sería muy parecido a un fotón en varios aspectos… pero muy diferente en otros.
Esto no debería ser sorprendente: para empezar, la fuerza electromagnética y la gravitatoria son de una intensidad totalmente distinta. Por ejemplo, amable y paciente lector, ahora mismo tú estás notando la interacción electromagnética en multitud de fenómenos: la luz que llega a tus ojos con las letras que lees, el contacto de la silla y el suelo, los sonidos que oyes (pues la vibración se produce por la repulsión eléctrica entre capas electrónicas)… estás interaccionando electromagnéticamente con docenas de otros objetos.
Pero sólo notas la fuerza gravitatoria de un objeto: la Tierra. La gravedad es muy, muy débil, de modo que hacen falta masas gigantescas para que puedas notarla. Sí, también eres atraído por otros objetos, pero prácticamente no notas nada — desde luego, no con los sentidos, al contrario que en el caso de la interacción electromagnética.
¿A dónde quiero llegar con esto? A que el gravitón transporta una energía muchísimo más pequeña que el fotón y, por lo tanto, es muchísimo más difícil de detectar que el fotón. Para poder detectar uno haría falta producir un gravitón de mucha energía — por ejemplo, en un acelerador de partículas como el LHC en construcción.
Sin embargo, existe otra diferencia aún más importante entre ambas fuerzas, y esa diferencia es la clave del asunto: la gravedad modifica el espacio-tiempo a su alrededor, la fuerza electromagnética no.
Claro, de acuerdo con la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein, las masas curvan el espacio-tiempo a su alrededor. Seguro que has visto las imágenes de la Tierra en una especie de sábana curvada por nuestro planeta. Es decir, aunque no vamos a entrar a discutir el asunto en profundidad, la gravedad define qué forma tiene nuestro Universo, al completo o partes pequeñas de él. Por lo tanto, cualquier cosa relacionada con la gravedad es más complicada que en el caso de las otras fuerzas. Piénsalo así: un gravitón se mueve por el espacio a la velocidad de la luz, al mismo tiempo que determina la forma de ese espacio. La cosa se vuelve rara.
De hecho, se vuelve tan rara que no la entendemos aún, al menos para todas las energías. Haría falta una teoría que combinase la cuántica con la relatividad general para poder tener una teoría cuántica del campo gravitatorio, y eso, como hemos comentado hace tiempo aquí mismo, es muy difícil. Pero algunas de las teorías propuestas en esa línea utilizan los gravitones como cuantización del campo gravitatorio.
El problema teórico es grande, pero el experimental no lo es menos: ¿cómo “ver” un gravitón? La solución no es conceptualmente complicada, pero llevarla a la práctica es más complejo. El mejor indicio de que los gravitones podrían existir es que las ondas gravitacionales existen, y tal vez podríamos observar una. No las hemos visto nunca directamente, pero las observaciones de un sistema binario por Russell Alan Hulse y Joseph Hooton Taylor Jr. demostraron indirectamente que estas ondas existen (de hecho, Hulse y Taylor recibieron el Premio Nobel de Física en 1993 por esas observaciones).
Onda gravitacional creada por un sistema binario. Crédito: K. Thorne (Caltech), T. Carnahan (NASA GSFC).
Si pudiéramos observar y medir una onda gravitacional directamente, a partir de sus características sería posible determinar las del gravitón y tal vez observar uno como partícula. El problema es que, al tener una energía tan minúscula, las ondas gravitacionales son muy difíciles de detectar. Para que te hagas una idea, el sistema Sol-Tierra en su movimiento emite ondas gravitacionales: ambos cuerpos se mueven alrededor del centro de gravedad, y si estás por ejemplo en un punto alejado de ellos, la gravedad ahí cambia rítmicamente dependiendo de la posición del Sol y la Tierra (pasa por un máximo y un mínimo con un período constante, como una onda de otro tipo). No somos un sistema binario, pero la figura de arriba te puede ayudar a entender lo que trato de decir.
De modo que podría ponerse un pequeño anillo de partículas flotando en el espacio y, según la onda gravitacional pasara, las partículas se acercarían y alejarían unas de otras rítmicamente, algo parecido a esto:
Pero claro, en la figura el movimiento está exagerado. Pero muy, muy exagerado: las partículas se moverían una distancia máxima de unos 10-24 metros…¡menos de un billón de veces el tamaño de un átomo! Las ondas gravitacionales son diminutas, y ésa es la razón de que aún no hayamos detectado ninguna directamente. Piensa que la potencia total emitida por el sistema Tierra-Sol en forma de ondas gravitatorias es de unos 300 watios — cinco bombillas de 60 w cada una. La potencia total emitida por el Sol en forma de ondas electromagnéticas es de unos 3·1026 watios. Ahí tienes la diferencia.
Detectar estas ondas, y a partir de ellas los gravitones (si es que existen) es, como digo, muy difícil, pero no imposible. Aparte del futuro LHC, existen varios proyectos funcionando ahora mismo que tratan de detectar y medir las propiedades de estas ondas: el problema es que no basta con tener aparatos muy precisos (suelen utilizarse interferómetros láser de una precisión tremenda). Las perturbaciones de estas ondas son tan minúsculas que hace falta, para empezar, ser consciente de todos los otros efectos que pueden alterar el aparato, calcularlos, restarlos de las medidas… para al final quedarse con lo que sí es la onda gravitacional, si es que está ahí. Cualquier otro efecto (gravitatorio pero no ondulatorio, de vibración del propio aparato, electromagnético…) debe ser descartado cuidadosamente.
Los observadores más prometedores para tratar de detectar ondas gravitacionales son el LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser), una colaboración del MIT y de Caltech, y el GEO alemán, situado en Hannover. Pero todo esto no es el reducto de los observatorios y universidades lejanos: puedes colaborar en este proyecto desde tu propia casa. Si eres un habitual de El Tamiz conoces probablemente el programa BOINC de computación compartida, del que hemos hablado antes aquí. Bien, utilizando BOINC puedes añadir el proyecto Einstein@Home al programa y así donar parte del tiempo de proceso de tu ordenador a realizar los cálculos necesarios para detectar ondas gravitacionales a partir de los datos de LIGO y GEO. Si tienes un procesador pasadísimo de vueltas con refrigeración líquida para jugar a los últimos juegos que han salido este año, ¿se te ocurre algo mejor que hacer con ese maquinón mientras no lo usas que encontrar un gravitón?
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{ 50 } Comentarios
El otro día un amigo me propuso lo siguiente. Si el gravitón existe y como dices se mueve con velocidad c, se supone que cuando dos cuerpos interaccionan gravitatoriamente están intercambiando gravitones. Entonces los agujeros negros, cuando atraen cuerpos estarían desprendiendo gravitones… pero si un fotón no puede escapar de un agujero negro, un graviton tampoco no?
Magnifico , muero por la sigiente entrada ,saludos y gracias.
Daniel,
La pregunta de tu amigo es inteligente, pero la conclusión (que el gravitón no puede escapar) es errónea, aunque muy común cuando se entiende lo que es un agujero negro pero no se ha estudiado cuántica. Los gravitones reales que pudiera emitir un agujero negro no podrían escapar, pero la interacción gravitatoria (si aceptamos que los gravitones existen) estaría mediada por el intercambio de gravitones virtuales.
Aunque no hemos hablado aún de las partículas virtuales (lo haremos en Cuántica sin fórmulas), una partícula virtual puede saltarse a la torera el horizonte de sucesos mientras cumpla el *principio de incertidumbre de Heisenberg*. Un gravitón virtual puede escapar tranquilamente del agujero, como un bosón W virtual o un gluón virtual.
Otro ejemplo: existen agujeros negros cargados eléctricamente, y puede notarse la carga desde fuera. Los fotones intercambiados en la interacción electromagnética son virtuales, de modo que pueden escapar del agujero. Pero los fotones de la radiación son reales, de modo que no pueden escapar, por eso el agujero es negro.
¡Espero que esta breve explicación te sirva!
¿Como una particula que causa las interracciones gravitatorias tener masa? Es decir tendríamos infinitos gravitones interaccionando entre los gravitones ya que ests se verían afectados por la gravedad que ellos mismos causan.
Una pregunta, ¿como puede ser que una particula sin masa (ej: la luz) se vea atraida por la gravedad?
Muy interesante!. Pues habrá que esperar la inaguracion del próximo acelerador de partículas y espero se encuentren indicios de la existencia de esta maravillosa partícula. Supongo que el siguiente es el taquión, espero con ansías.
Guepard,
No es imposible — lee la entrada del gluón y verás que es el responsable de la interacción fuerte y, además, sufre la interacción fuerte. En efecto, hay infinitas partículas virtuales involucradas, pero la física cuántica es así…
Algún día hablaremos de relatividad general, pero básicamente la masa curva el espacio alrededor, de modo que la luz, como cualquier otra cosa, se mueve por un espacio curvo y realiza una trayectoria curva — todo se ve afectado por la gravedad, porque todo se mueve en el espacio y la gravedad modifica el espacio.
zagduami,
No he decidido aún la próxima partícula, ya veremos
Se me ocurre que si el gravitón es la partícula de la gravedad, habrá un “atimón” como partícula-onda que cuantice el tiempo? Y un “espación” para cuantificar el espacio?…
manu,
No tiene por qué. Para que haya una partícula hace falta una onda asociada a ella: las ondas gravitatorias son conjuntos de gravitones.
¿Qué es una onda de tiempo? ¿O de espacio? Esos conceptos no tienen indicios experimentales de existir (al menos, hasta el momento), de modo que hablar de partículas asociadas no tiene mucho sentido.
Lo que sí puede existir es una cuantización del tiempo y el espacio, aunque no como partículas. Tradicionalmente se ha llamado cronón al cuanto de tiempo -si existe-, aunque no conozco un nombre para los cuantos de espacio más allá de “espuma cuántica” para el conjunto de ellos.
Siento que esto me supera
Es por especular, nada más, pero en realidad tal vez debería hablar mejor de partícula de espacio-tiempo (“atimón” : de átomo y time). Siempre me ha llamado la atención que se diga que la masa curva el espacio. Si el espacio se curva, entonces, supongo que contiene (o es)una estructura que puede curvarse y una estructura que puede cambiar de dirección respecto de si misma, debe estar compuesta de partes respecto de las cuales cambia de dirección. ¿Por qué no pensar que esas partes ínfimas sean homogéneas como un teselado que pueda curvarse?¿Qué es una onda de espacio-tiempo? No sé, pero por seguir especulando, sería la propagación de esa curvatura. El resto de las partículas elementales no serían también sino concentraciones de más o menos frecuencia de esas perturbaciones de estos “atimones”… Como la teoría de cuerdas, pero usando partículas teseladas….Bueno, mejor no especulo más….
Me ha encantado el post, aunque bueno, es de esperar porque todo el blog en si me encanta, tanto por la forma que tienes de contar las cosas y documentarlas como por lo variado de las entradas (física cuántica y cultura orca nada menos
La verdad es que el gravitón, aunque sigue siendo todo un misterio, al menos para mí, es de alguna manera “mas cercano” que otras partículas, aunque solo sea por el hecho de que es la base de una fuerza “tangible” com la gravedad (supongo que no podemos decir lo mismo de la fuerza nuclear fuerte jeje). Me gustaría saber que finalmente existe, aunque solo sea por una posible unificación de teorías (sería bonito, cientificamente al menos).
Por cierto, al igual que a manu, me cuesta comprender eso de deformar un espacio-tiempo vacio, sin nada que forme la estructura. Y la verdad es que no sé porque, cuando a fin de cuentas el campo electromagnético se supone que esta sobre “el vacio” y no pasa nada. Debe ser la falta de familiaridad con la relatividad.
Y ya por último, el tema de ayudar con ciclos de CPU a detectar ondas gravitacionales: ahora mismo solo tengo un portátil que no da para mucho, pero leí un artículo sobre como hay proyectos que usan una Play Station 3 para machacar números, que por lo visto eso también lo hace de lujo. Con lo que cuesta no creo que me compre ninguna pero … si hay que hacerlo en pro de la ciencia …
Saludos!
A ver si puedo poner mi granito de arena. Entender lo del espacio tiempo curvo es difícil simplemente porque es prácticamente imaginarse “fuera” del espacio-tiempo (sería como ver un objeto de 5 dimensiones). Sin embargo, supongamos que somos seres bidimensionales (nos olvidamos del tiempo por un rato
), para uno de estos seres vivir en una esfera, en un plano o en un paraboloide sería exactamente igual, en su vision local vivirían en un lugar similar a un plano. Pero claro, nosotros seres tridimensionales si que veríamos la diferencia porque estasmos “por fuera” de la superficie y somos capaces de verla globalmente.
Ahora mismo no me acuerdo muy bien, pero me acuerdo que en la carrera estudiamos un teorema que limitaba la cantidad de información que un tal ser bidimensional podía obtener sobre la superficien en la que vive.
Pero si el espacio se curva y por tanto la luz y todo sigue esta curvatura… acaso no es imposible ver esta curva? Es decir la luz pilla la curva y llega hasta mi ojo, para mi lo que represente esta luz estará enfrente mía no? Y de hecho es cierto porque si intento ir en linea recta en realidad tambiéns eguiré la curva no? Luego como es posible que se sepa que el espacio es curvo?
Guepard,
Nos estamos metiendo en camisa de once varas, y probablemente sea mejor esperar a la serie de Relatividad General, cuando llegue, pero básicamente: sí, se puede saber que la luz sigue una trayectoria curva.
Si miras una galaxia desde un sitio puedes calcular dónde está. Si la miras desde otro y calculas dónde está, debe estar en el mismo sitio (salvo que tus cálculos sean incorrectos). Si la miras de modo que la luz pase cerca de algo que curve la luz, te parecerá que está en un sitio en el que no está con los mismos cálculos, de modo que puedes saber que la luz no ha ido en línea recta.
Pero vamos, llegaremos a ello a su tiempo
hola, pregunta: ¿si en teoria los bosones de higss son los que dan masa, no serían las únicas partículas que intercambian gravitones? ¿podría ser incluso que el gravitón sea la única partícula que interaccione con el bosón de higss?
xx32,
La cuestión es que el bosón de Higgs no está “en la partícula”, así que no explicaría la interacción gravitatoria aunque fuera afectado por gravitones. Por otro lado, el bosón de Higgs proporciona la masa inercial, pero los gravitones son responsables de la interacción gravitatoria… y ambas son partículas hipotéticas, una de ellas ni siquiera en el Modelo Estándar.
Vamos, que no lo sé, pero sospecho que no lo sabemos en general, y que probablemente los gravitones, de existir, interaccionan con más cosas que el bosón de Higgs.
Esta bastante interesante el tema. Respecto a la particula de tiempo, se la ha llamado “cronoton” en algunos capitulos de la serie Futurama. ¿Existira esta particula? Nos vemos
¿los gluones son inestables? ¿o estan atrapados gracias a ellos mismos (junto con los quarks) ?
“la gravedad modifica el espacio-tiempo a su alrededor” ¿eso no podría ser la razon de tan poca energía?
Me gustaria que me explicaran bien, me perdi, como una particula elemental como los quarks se desintegra en otras no elementales? y en que parte se mantiene el principio de que la energia y la materia no se crean ni se destruyen, solo se transforma?
Hola a todos!. Bueno , según he entendido y en muy resumidas cuentas, todo son oscilaciones que estan mas o menos en fase respecto de algo y partículas asociadas a estas ,producidas dentro de un hipotético contínuo espacio tiempo , no?. No sé, pero me da que el espacio tiempo no es para nada contínuo, de ahí que exista la constante C. Si fuera contínuo……no debería de tener una densidad infinita?; podríamos cambiar su densidad de manera que C no fuera tan constante?; y entonces que pasaría con los gravitónes , el bosón de higgs……etc?. Teóricamente y hasta donde tengo leído , la gravedad “sólo” curva o hasta rompe el espacio tiempo (dentro de un agujero negro) , la sensación que me dá es que la consideración general es que sólo se deforma ; es esto cierto?. Digo esto por que el resto de las consideraciones respecto de la naturaleza de los campos y las partículas no sería correcta si esta hipotética base no es correcta , no se ha tenido en cuenta o ha sido despreciada; que no lo sé………es la primera vez que leo estas teorías. Saludos
Buenisima el articulo sobre particulas elementales, y en particular la explicacion de que es el campo de Higss,por primera vez entiendo un poco de que va! pero una pregunta que me acaba de surgir acerca de este campo.
Si como dijiste podemos entenderlo como un campo polarizado en una direccion (no espacial) a traves del cual algunas particulas-ondas, que estan alineadas en su misma direccion, pasan “sin tocarlo” ¿Como respetamos el principio de indeterminacion de Heisenberg?
Es decir el hecho de que la combinacion masa – momento lineal de una particula no conmute, luego no este definido, ¿Puede traducirse en que la onda asociada a cada particula no tenga un plano de vibracion definido? Luego no pueda “pasar limpiamente entre la hierba”
Esto impediria la existencia de particulas sin interaccion con el campo de Higgs, luego sin masa…
O Heisenberg no afecta en nada a este plano de vibracion?
@Alfonso,
Pero no es masa-momento lineal, es posición-momento lineal
Ups! jjj, efectivamente, vaya metedura de pata…
Pero bueno de todas formas el problema sigue ahi: si la posicion y momento de una particula no esta totalmente definido , lo puede estar el plano de vibracion de su onda asociada?
Cambiando de tercio; lei en la entrada anterior de tu blog que el campo de Higgs es responsable solo de la masa inercial, pero (al menos en los objetos macroscopicos) la masa inercial y gravitatoria coinciden, no? el suponer que haya dos masas diferentes, una para los efectos gravitatorios y otra para los inerciales, pero de igual valor…jjjj, quizas falla algo en la teoria y en verdad son lo mismo, no?
Por otra parte, asi como yo creo haber entendido (muy por encima) el mecanismo mediante el que a cada particula fundamental se le asocia una masa, no acabo de ver como entender los efectos gravitatorios de la misma.
Es decir, el boson de higgs responsable de “generar la masa” es de cortisimo alcance, pero la gravedad es como el campo electromagnetico: alcance infinito a la velocidad de la luz ( o muy cerca).
Hombre una solucion como tu bien dices es suponer dos tipos de masas,pero….mmf chirria un poco, no?
jjj, bueno un placer irme enterandome de mas cosas como estas.
@ Alfonso,
Son muchas cosas distintas, pero a ver si puedo contestar brevemente:
Sí — el plano de vibración lo define la masa de la partícula en reposo, y la masa está bien definida. El momento lineal no está definido porque no lo está la velocidad de la partícula, no su masa en reposo.
No lo sabemos, pero la cuestión está en que el bosón de Higgs es una partícula de la teoría cuántica de campos, que no incluye la gravedad en su modelo, de modo que malamente iba a explicar la masa gravitatoria (sea o no la misma que la inercial). Tal vez si llegamos a un modelo de gravedad cuántica el bosón de higgs determine igualmente la masa gravitatoria, tal vez no…
Una cosa es quién es responsable de la masa y otra muy distinta es quién es responsable de las interacciones entre masas. Incluso si el bosón de Higgs es responsable de la existencia de la masa gravitatoria, eso no quiere decir que sea el responsable de las interacciones gravitatorias, que pueden ser intermediadas por el gravitón (o no, pues no lo sabemos).
El fotón, por ejemplo, es el intermediario de las interacciones entre cargas, pero el fotón no crea las cargas.
Hola Pedro; solo decirte que la pagina esta muy buena y me entretengo mucho intentando entender todo esto que tanto me gusta…desde ya muchas gracias es genial encontrar todo este material y aun más como evacuas todas las dudas.. Saludos y mucha suerte
Hola me gustaria saber suponiendo que el graviton exista , que onda o que fuerzas , desprenderia al graviton para liberarse ………
espero tu respuesta gracias
Pedro, me ha llevado 2 dias a ratos leerme los articulos de “esas maravillosas particulas”, sin duda seguire leyendo el tamiz, muy ameno de leer, si señor… aunque para los fisicos sea de Barrio Sesamo…. para mi UN 10!!! ….coñ*! un alumno puntuando a un profesor y encima fisico
…bueno, bueno y a todos los que colaborais con correciones,esquemas, etc.
ENHORABUENA MUCHACHOS!!!
disculpen compañeros, si peco de ignorante con mi siguiente comenteario… ahi les va desde Costa Rica… si saben que mi pais existe Pienso que no es de extrañar que la gravedad sea debil, despues de todo es parecida a la luz, almenos en lo que a particulas se refiere. aunque esten separadas por dos diferentes modelos de fisica es decir, los fotones son de poca energia comparado con otras particulas digo, y le pregunto al profe Pedro o a cualquier amigo que pueda responderme: segun una teoria mia, debido a las propiedades de la gravedad, (y creo que es de alcanze infinito igual que la luz, osea zero masa)seria posible observar el siguiente fenomeno: un cuerpo supermasivo “aparece” en una region del cosmos, entonces, ondas gravitacionales se dispersan desde y hacia el cuerpo en cuestion. a la primera observacion no se veria nada de la interaccion, pero al cabo de un tiempo, cuando la gravedad llegue desde y hacia el cuerpo, se podria observar como se afectan mutuamente. esto nos enseñaria mucho acerca de la gravedad y el posible graviton o no? ademas, si el tiempo se afecta por la accion de la gravedad, ya deja de ser una simple diferencia entre un evento y el siguiente paso del mismo evento. el tiempo debe ser un algo. ademas, y con esto concluyo, pienso que toda la masa del universo curva el espacio-tiempo sobre si mismo, creo que mas que curvo, el universo entero es una esfera con gravedad tal para nosotros que nada sale de el y practicamente infinito… vivimos en un agujero negro!!! imagino a mi Dios viendonos desde fuera, jejeje
Hola!
Hace poco, en el artículo sobre agujeros negros (http://eltamiz.com/2007/04/11/dentro-del-pozo-intuitivo/) te hice una pregunta, pero ahora veo que aquí tratas precisamente el tema.
Y todo esto enlaza también con el artículo sobre si la cuántica y la relatividad son incompatibles (http://eltamiz.com/2007/04/24/%C2%BFson-la-cuantica-y-la-relatividad-incompatibles/).
Como ves, hace pocos días que he descubierto tu fantástico blog, pero ya me lo he empapado casi entero. Qué vicio! jeje Ya te has ganado otro habitual.
Tras meditar un poco más sobre el tema, mi postura es que la existencia del gravitón SÍ hace la relatividad y la cuántica incompatibles, al menos tal y como están formuladas actualmente.
La relatividad dice que la fuerza gravitatoria es un efecto de la curvatura del espacio-tiempo debido a las masas de los “objetos” materiales.
El gravitón es la esperanza de poder incluir a la gravedad en la teoría cuántica de campos. Bien, si el gravitón existiese, implicaría que la gravedad es una fuerza igual que todas las demás, transmitida por campos (=partículas). Y no un simple efecto la curvatura del espacio-tiempo. En este punto se está peleando con la relatividad, ¿no crees?
Por otra parte, si la gravedad fuese una fuerza más, normal y corriente, ¿cómo se explica la curvatura del espacio-tiempo? ¿O en la teoría cuántica entonces se eliminaría dicha curvatura?
Otra duda más. Si la gravedad la transmite (o comunica) el gravitón, ¿qué pasa con los agujeros negros? ¿cómo escapa el gravitón del agujero negro para decirle a un fotón, “¡oye que tienes que desviarte!”?
Pedro, no sé si tienes respuestas para estas dudas (no sé si alguien en el mundo la tiene), pero sí me gustaría conocer tu opinión.
Por otra parte, hay otro punto que me genera dudas. ¿Es el gravitón compatible con el campo de Higgs? Es decir, si pensamos que dicho campo es el que confiere la propiedad “masa” a las partículas… entonces ¿qué pinta el gravitón? Debería ser la capacidad de interacción con el gravitón la que confiera la capacidad “masa”… y si fuese así, el campo de Higgs pierde el sentido por el que fue propuesto.
Y ya paro de rayar por hoy.
Saludos!
wenas… casualmente estaba buscando información sobre el gravitón para mi clase de fisica, nunca antes habia oído hablar de el, y cuando mi profesor habló por primera vez de lo que era me entró una pequeña duda que es posible que ya hayas respondido pero yo no haya captado…
hablando sobre campos gravitatorios estudiamos que un cuerpo con una masa determinada atrae a otro cuerpo con otra masa con una fuerza determinada, que tambien ocurre al contrario, pero que a la vez se atraen con la misma fuerza(supongo q teniendo en cuenta lo que he leido aqui esto para vosotros será un juego de niños, pero yo acabo de entrar en 2º de bachiller) a la misma vez, mi profesor nos comentó que el gravitón es una particula que hace que la gravedad tenga efecto y dichos cuerpos se atraigan, cosa que aun no está comprobada. Puesto que es lo primero que leo de este blog, aunque creo que voy a empezar a leerlo entero, no me ha quedado muy claro como es que eso ocurre, puesto que hay demasiados conceptos que nunca antes habia escuchado, asi que mi pregunta es: ¿como hace el gravitón para que dos cuerpos se atraigan? por que yo pienso que el truco estaria en que el gravitón se adiere al cuerpo y lo atrae, cosa que tambien se produciria por fuerza de gravedad y se convertiria en una especie de buqule (unas particulas que unen el graviton con el cuerpo necesitarian otras particulas que las uniesen al graviton) o la gravedad actuaria sola y el graviton solo la ¿ayudaria?, otra duda seria ¿como sabe el graviton hacia donde debe ir? aunque supongo que én este caso es bastante coherente la teoria de la deformacion del espacio. pero yo, y desde mi mas sincero e ignorante punto de vista opino que en el caso de que el graviton existiera seria el que crea una especie de tejido que se deforma de modo que los cuerpos son atraidos el uno hacia el otro.
bueno… repito que no e podido enterarme bien del articulo y a lo mejor mi falta de informacion me esta haciendo decir barbaridades… por eso me gustaria saber por lo menos la respuesta a las preguntas que me he planteado a mi misma desde que se de la existencia de esta partícula tan peculiar
hola pedro, muy buena tu pagina. Aqui va una toria de cosecha propia, puede que sea una tonteria, pero es la que tengo: considerando la realidad en la que tenemos, como ya sabes 3 dimensiones en el espacio, mas una cuarta que es el tiempo.Si consideramos cualquier cuerpo con masa en el que nosotros podemos observar todas sus propiedades(gravitatoria y electromagnetica) tendriamos como resultado no un simple objeto, sino un hiperobjeto en el cual, las propiedades de campo que produce el mismo son la deformacion de las 4 dimensiones, en las cuales nosotros solo podemos obsevar directamente las que estan dentro de las dmensiones espaciales,que son dentro de las que nos podemos desplazar, pues para poder observar el hiperobjeto en toda su magnitud tendriamos que poder abstraernos de la cuarta dimension, que es el tiempo, lo que actualmente es imposible. La unica solucion seria alcanzar la velocidad de la luz en la cual, como sabes, el tiempo se dilata. Seria en ese momento cuando podriamos observar cualquier objeto(hiperobjeto) con todas sus propiedades, ya que asi como explicaba Einstein, para un ser que existiera en un plano con solo dos dimensiones espaciales, la observacion de la 3ª dimension espacial seria imposible, a no ser que se sacara al ser de su mundo de dos dimensiones. Con el tiempo sucede una circunstancia analoga: al estar presos de la dimension temporal somos incapaces de percibir directamente cualquier objeto en su verdadera magnitud, por lo que para el resto de propiedades necesitamos medios de observacion indirectos. Ya Einstein consideró el universo como un hiperespacio curvo. ¿Por qué no ir un paso mas alla y considerar cualquer objeto como un hiperobjeto? un dia estuve viendo lo que seria una representacion de una hiperesfera en 2 dimensiones( puesto que la representacion en 3 es, com sabes una 3-esfera lo mismo que un circulo seria en realidad una 2-esfera) y curiosamente me recordó a las lineas de campo que producen tanto la gravedad como la fuerza electromagnética. Es mas, tambien me recordó a los orbitales de los electrones alrededor del nucleo (s,p,d, f) por lo que me llevó a pensar que el universo esta compuesto por una hiperesfera llena de hiperesferas que interaccionan entre si, desde universo hasta átomo. No creo que sea nada original lo que planteo, pero puesto que no he visto referencia a lo que comento en ningun sitio hasta la fecha, asi comento lo que me pasa por la cabeza en vez de pensar que estoy como una cabra. Gracias por tu pagina, gracias por dar un espacio en el que cualquier lego en la materia puede expresar sus ideas.
Maravilloso artículo. Imposible explicarlo de forma más sencilla.
Hola a tod@s. Como me gusta que se hable de Física!!! Vi algún comentario que hacía referencia a que a lo mejor estos artículos y comentarios quedan como un juego de niños para los físicos. Deciros que yo soy físico y la forma más lógica de hacer frente a un pensamiento es a través del lenguaje coloquial antes del matemático-formal, es decir, si se es capaz de explicar algo con palabras es señal de que se entiende y comprende. El trabajo de este blog me parece, sencillamente maravilloso.
Creo que quereis dejar para otro artículo las cuestiones de relatividad, pero debido a algunas dudas que aparecen voy a comentar que “el vacio” no existe como tal, ya que lo que realmente hay es “un mar infinito de partículas virtuales que aparecen y desaparecen durante un lapsus de tiempo” (incertidumbre de Heisenberg).
Con respecto a la curvatura del espacio-tiempo: las lineas rectas solo existen en el plano y en el espacio euclideo. En física lo que se da son las “geodesias”, que son las trayectorias más cortas entre dos puntos (no necesariamente rectas, es decir, se dice que el espacio no tiene porque ser “euclideo”). Cuando la masa deforma el espacio-tiempo, obliga a que la luz se mueva siguiendo una geodesia, que es la “linea recta” en un espacio “no euclideo”, por lo que la luz no se ve afectada por la gravedad (el foton tiene masa cero), solo sigue el camino más corto (la geodesia).
Hay comentarios muy ingeniosos, como por ejemplo, que el graviton se mueve en el espacio al mismo tiempo que lo deforma. A esto quiero decir que el graviton es un mensajero, no es él quien deforma al espacio-tiempo, es la propia masa. El graviton sigue la trayectoria de la geodesia. Lo que me recuerda que hay que hacer una puntuación sobre si la fuerza gravitatoria se explica con la deformación del espacio-tiempo: eso no es así del todo, la deformación del espacio-tiempo hace que el graviton siga una trayectoria determinada, pero no es la responsable de que la fuerza gravitatoria exista, por lo que la relatividad y la cuantica sí son compatibles, es que DEBEN de serlo, dado que el universo se tiene que poder explicar con un modelo válido para todas sus manifestaciones.
Otro comentario ingenioso, el que el universo no es continuo. Esa hipótesis tiene mucho sentido, dado que si ni siquiera la energía lo es, ¿por qué debe de serlo el universo? La justificación a partir de la densidad me parece muy buena. Con respecto a la energía debo de hacer un comentario también: la energía SOLO se conserva cuando el sistema es AISLADO. Muchos sistemas que se estudian no son aislados, por lo que la energía no se tiene porque conservar, esto lo digo porque algo leí por ahí.
Por último, dejo una cuestión en el aire para pensar, y que su resolución puede abrir muchas puertas nuevas en la Física: ¿Qué ocurre cuando una partícula con carga se mueve a velocidad no nula? Que el campo eléctrico se deforma y aparece el campo magnético como consecuencia (lo que explica que una corriente, es decir, electrones en movimiento, genere un campo B). ¿Y qué pasa cuando lo que se mueve a velocidad no nula es una partícula con masa? ¿El campo gravitatorio se deforma y aparece un campo nuevo (análogo al magnético)? ¿Ese campo (de existir) es medible? ¿Nos proporcionaría información nueva sobre el gravitón? (seguro que sí).
Un saludo a tod@s
pues…..un ser bidimensional pudiera ver un objeto tridimensional viendolo como la susesión de cambios ocurridos a este objeto en un tiempo dado…. ¿como puede existir el graviton y la deformación espacial simultaneamente? si existe la deformación del espacio-tiempo, ¿que hace que los objetos caigan en los “huecos” formados por la masa?
Que el espacio-tiempo se deforme a consecuencia de la masa no significa que sea el gravitón el responsable de esa deformación, es decir, la Tierra deforma el espacio-tiempo, pero lo deforma muy poco debido a que el valor de su masa es “pequeño” (en terminos astronómicos, comparado con un agujero negro, por ejemplo). Si nosotros “caemos” hacia la Tierra es porque aparece una fuerza gravitatoria que nos afecta, y nosotros sabemos que tenemos que ser atraidos por la Tierra (y viceversa) porque el gravitón nos lo dice (es un mensajero, nos informa de la presencia de una masa). Por lo tanto, la masa deforma el espacio-tiempo y el gravitón solo se mueve por ese espacio, siguiendo las geodesias (trayectorias “rectas” en un espacio curvo “no euclideo”). Entonces es perfectamente compatible el echo de que el espacio-tiempo se deforme y la existencia del gravitón.
Podríamos preguntarnos, ¿como sabe el espacio-tiempo de la presencia de una masa para así deformarse? La respuesta sería que el espacio-tiempo se deforma a medida que el gravitón se mueve por él, por lo tanto, el espacio-tiempo sabe de la presencia de una masa por la presencia del gravitón, y según lo “ve” se deforma, cuya deformación a su vez obliga a dicho gravitón seguir una trayectoria determinada (geodesia). Es como que la reacción de cada uno afectara a la respuesta del otro.
Hay algúna teoría, idea o respuesta definitiva a cualquiera de mis siguientes inquietudes?: 1. Las ondas gravitatorias despedidas desde un punto cualquiera, por explosión de un pulsar binario o desde un agujero negro o desde donde sea que viniera, es como una ola de mar que viaja por el espacio? 2. Se la podría ver, oir, sentir? 3. En un artículo se dice que luego de la explosión de un pulsar binario hace un tiempo, su onda gravitatoria se dirijió a nuestro planeta, pero que su fuerza al momento de alcanzarnos iba a ser tan débil que no nos daría ni siquiera oportunidad para estudiarla. Qué hubiera pasado si por el contrario la fuerza de esta onda hubiera sido muy fuerte, que efecto hubieramos tenido en nuestro planeta? Hubieramos sentido talvez que una fuerza invisible nos hala fuera de nuestro planeta o por el contrario talvez que nos empuja y aplasta, vibración, explosión o no hubieramos sentido nada? 4. Podríamos decir que una onda gravitatoria en viaje es como una onda explosiva que se mueve veloz e invisible luego de una explosión pero que destruye lo que alcanza?
Estupendos artículos, felicidades y gracias
carlocho,
No exactamente, puesto que aquí no se transmite la onda por la oscilación de la materia, pero tanto en un caso como en otro –si existen las ondas gravitatorias– se trata de una onda.
Nuestros ojos no la pueden ver. Al atravesar la materia, la harían oscilar levísimamente, pero no creo que un oído humano pudiera nunca detectar tan minúscula vibración.
Si fuera lo suficientemente intensa como para sentirla (algo muy raro) notaríamos una especie de aumento y disminución periódicas del campo gravitatorio… pero para cualquier caso realista, no notaríamos nada de nada.
Una onda gravitatoria no destruye nada, ni es explosiva. Más que como lo que describes, es el leve sonar de un arpa tocada delicadamente a unos cuantos kilómetros de distancia
(Gracias por poner las preguntas aquí)
Muchas gracias Pedro me has aclarado muchas dudas. Saludos desde Quito-Ecuador
Bueno, he estado pensando que como cada campo posee su partícula, el campo de Higgs va asociado al bosón de Higgs por ejemplo, entonces ¿el campo correspondiente al gravitón es el propio espaciotiempo?
Cristhian, es el campo gravitatorio sin tratarlo como uno especial. Estás mezclando relatividad general (campo gravitatorio como deformación) con cuántica (campo gravitatorio intermediado por partículas virtuales) de un modo que, hasta ahora, no se ha logrado.
Hola a todos. La física cuántica, para un profrano como yo, representa una salida tan alocada del sentido común que resulta irresistible. Más aún si es explicada de una forma tan amena como eficaz (como en vuestra página). Digamos que es como estar tumbado mirando las estrellas y sentir el vértigo atronador del universo, pero en este caso de manera virtual (y por lo que vemos mucho más complejo). Bueno, mi pregunta va orientada hacia la teoría de las supercuerdas, concretamente la Teoría M, y a pesar del riesgo de falsacionismo y pseudociencia que la cubre (¿cómo comprobar una teoria que admite más de 3 dimensiones físicas si no podemos detectarlas de ninguna manera?) me pregunto: ¿existe la posibilidad, en caso de que la (o las) teoría fuera cierta, de que los gravitones emigraran a otras dimensiones espaciales y fueran de este modo indetectables? ¿Podría detectar el actual LHC cómo el gravitón desaparece repentinamente, y ser esto una prueba de la existencia de al menos otra u otras dimensiones espaciales cerradas?. Muchísimas gracias por vuestra página y todos los comentarios. Me hacéis sentir como algo más que una lechuga, aunque en el fondo sigo teniendo la impresión de que mi cerebro no es más que una lechuga, je je! ¡Saludos a todos!
@Pedro
La entrada ya tiene tiempo, y el comentario de Pedro también, pero no puedo evitar preguntar, ¿qué crea entonces las cargas?¿Acaso hay un bosón y un campo asociados a ellos? Como me digas que sí, me lo hago encima.
Battosay, no sabemos qué crea la carga eléctrica, ni si la pregunta tiene respuesta. Sólo sabemos que lo que llamamos carga eléctrica es una de las propiedades de la materia, y cómo se comporta ante las interacciones que conocemos. Hay una breve explicación en el primer artículo de Electricidad I: http://eltamiz.com/2009/10/07/electricidad-i-carga-electrica/.
Precisamente, siempre había pensado en la carga con una propiedad intrínseca de la materia, o mejor dicho, de cada partícula. Leyendo los cometarios, me llamó la atención tu frase, como dejando caer que había un campo detrás, al igual que la masa. Gracias por la aclaración.
Si embargo, no deja de ser curioso, que la masa de una partícula, que bien podría definirse como otra propiedad más, dé tantos quebraderos de cabeza. No puedo evitar la sensación de que el día que descubramos qué es realmente, nos daremos de cabezazos contra la pared, para no ver algo tan obvio.
Hola Pedro. Soy lector habitual de revistas de divulgación científica avanzada ( Physics Todaty, Sci Am, etc..) y me quito el sombrero ante tu capacidad didáctica y sin concesiones baratas…He seguido una de tus presentaciones sobre el gravitón y no puedo evitar hacerte esta pregunta: ¿Cual es la constante que relaciona la frecuencia de la onda gravitacional y su energía ( o sea, el equivalente de la de Planck para los fotones, si es que existe tal cosa…) La fracción de energía ( nº de gravitones) emitida en forma de ondas gravitaciones por un sistema binario de masas orbitando respecto a su centro de masas parece muy inferior a la equivalente electromagnética, no?
Pacotron, siento decepcionarte después de los halagos… pero no lo sé. Que yo sepa, los intentos habituales –cuando se considera el gravitón como una partícula sin masa que viaja a c, porque si no se usa la relación de de Broglie en la que, desde luego, aparece h– utilizan la misma constante de Planck para los gravitones que para todo lo demás, aunque acabo de ver un libro que sugiere una constante diferente para la interacción gravitatoria (http://www.springerlink.com/content/h14nj26t8587m486/).
Eso sí, no hace falta una constante diferente para justificar la energía mucho menor: ten en cuenta que la frecuencia de un sistema binario como el que describes, o cualquier otra fuente astronómica de ondas gravitatorias, es muchísimos órdenes de magnitud menor que la de las ondas electromagnéticas habituales — estamos comparando 10^14 Hz con, no lo sé, 10^-5 Hz si el período del sistema es de unas pocas horas, y eso ya implica 19 ceros de diferencia en la energía, que se dice pronto.
Enhorabuena. Fantástico blog. Me he leído del tirón toda la serie de partículas.
Ojalá mi profesora de Física en COU hubiese contado las cosas de una manera tan amena. El caso es que ella chocó “de cabeza” contra mi núcleo y me desvió de mi trayectoría: abandoné física por diseño.
Tengo una duda : si el campo gravitatorio viaja a la velocidad de la luz, eso indica que si en un momento dado nuestro sol explotara, los planetas continuarian girando alrededor del (antiguo) sol durante incluso varios minutos?
@oliverius, depenede de lo que entiendas por explosion, pero si es lo que yo me imagino por explosion, la masa del sol seguiria centrada en su sitio, asi que los planetas seguirian girando alrededor del antiguo sol durante mucho tiempo, hasta que la expansion o perturbacion de la masa del sol y los diversos planetas no se fuera al garete.
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