Artículo 4 | El bosón de Higgs
Los últimos descubrimientos entorno al bosón de Higgs podrían hacer pensar que ya se ha obtenido una vía reconocida para la explicación del campo gravitatorio y de la masa; pero en realidad el problema continúa. La creación de la masa y del campo gravitatorio no pueden atribuirse a una sola partícula. El campo gravitatorio tiene su origen en la interacción mútua entre las partículas que componen todos los cuerpos, desde los más elementales, de una sola partícula, hasta las galaxias más grandes. Un experimento para comprobar esta teoría se expone en nuestro artículo 2, que pueden ver en esta página web. En cuanto a la masa, la misma se debe a la aparición de un gran número de cuantos de masa a expensas de la luz y otras radiacioes electromagnéticas, de las cuales el bosón de Higgs es una más
La explicación sobre el origen de la materia de los cuerpos celestes visibles y de la materia oscura del universo ya fué introducida en nuestro artículo "Teoría de la luz seca". En éste profundizaremos un poco más acerca de las partículas que nacen "cuando la luz se seca".
El espectro electromagnético
Echemos un vistazo al siguiente cuadro:
El cuadro recoge todas las radiaciones electromagnéticas conocidas, desde las de radio con longitudes de onda de unos metros a decenas de kilómetros, hasta los rayos x y gamma, es el espectro de radiaciones electromagnéticas. A la vista del mismo podemos hacernos varias preguntas, una de ellas podría ser: ¿por qué aparece acotado?. Es decir: ¿por qué no aparecen en el espectro ondas electromagnéticas con longitudes de onda mayores de 10km?, ¿y las que tienen longuitudes de onda más pequeñas que los rayos gamma?
En principio el espectro debería prolongarse por arriba y por abajo. Por arriba con radiaciones cuya longitud de onda iría desde varias decenas de Km hasta el infinito. Y por abajo con unas con longitudes de onda cada vez más pequeñas, hasta llegar a valer casi cero. Desde el punto de vista tecnológico las ondas de radio de gran longitud de onda no tienen gran interés ni en radiodifusión ni en otras áreas técnicas ni científicas. Tampoco las radiaciones naturales, de procedencia terrestre o extraterrestre (del cosmos), presentan longitudes de onda tan grandes, esto no excluye que puedan existir, lo que ocurre es que radiaciones de longitud de onda tan grande, y por consecuencia de muy baja frecuencia, son muy difíciles de detectar o de interpretar pudiendo confundirse con efectos naturales de valor constante, es decir de naturaleza no periódica. Por tanto parece que queda justificada la limitación del espectro a las ondas cuya longitud de onda es menor que unas decenas de Km. En cuanto a las radiaciones de longitud de onda más pequeñas que algunas diezmilésimas de Angstrom (1 Angstrom = 0,0000001 metros) podríamos añadir todas aquellas que resultan de las sustancias radiactivas y las de los experimentos con aceleradores de partículas. Aquí el campo es, por el momento, enorme, pues aportando la cantidad de energía suficiente a los ensayos con choques de partículas podrían obtenerse tantas partículas como se deseara.
Dualismo ondas-corpúsculos
A pesar de la completa identidad de naturaleza de todas las radiaciones electromagéticas, éstas poseen propiedades distintas en función de su longitud de onda, y también denominaciones distintas justificadas por la diversidad de métodos a emplear para producirlas o estudiarlas.
Al estudiar los fenómenos ligados a la luz se ve, por un lado, que las radiaciones luminosas son ondas que presentan ciertas analogías con las ondas mecánicas estudiadas en Acústica y que nos permiten explicar los fenómenos de interferencia, difracción, y polarización.
Por otra parte para explicar las leyes que rigen la radiación térmica o el efecto fotoeléctrico es necesario aceptar que las radiaciones están formadas por corpúsculos, a cada uno de los cuales es posible asignar una energía que es función de la frecuencia.
De acuerdo con la ecuación de Plank la energía es:
donde:
- e = energía del corpúsculo
- h = constante del Planck
- v = frecuencia de la radiación
La masa asociada a cada corpúsculo es por tanto*:
- (*)En sentido estricto deberíamos considerar también la energía cinética, por tanto la masa calculada según la ecuación
debe ser considerado como un valor límite.
donde:
- m = masa del fotón
- c = velocidad de la luz
que al aplicarla a cada una de las radiaciones del espectro electromagnético nos permite asociarles una energía y una masa elemental. El resultato se recoge en el siguiente cuadro.
A parte de los valores de la energía asociada a cada radiación, en giga electrón-voltios (GEV), y la masa, en gramos, hemos incluido dos tipos concretos de radiación y el recientemente ¿descubierto? Bosón de Higgs, que nos pueden servir de referencia. Son la radiación amarilla del átomo de sodio de longitud de onda 5890 Angstrom, la del electrón, y el bosón de 125,3 GEV. De acuerdo con su masa de 125,3 GEV/c2 la partícula se sitúa en el cuadro mucho más a bajo que los rayos gamma, por tanto se trata de una radiación de muy alta energía. Como se ha comentado anteriormente es posible obtener, aportando la cantidad de energía suficiente, tantos tipos de radiación como se desee y asignar una masa a cada una de ellas. Estas partículas, que sólo existen en teoría, se han incluido también en el cuadro bajo el nombre de Bosones, que sin entrar en otros detalles, nos ha parecido el más adecuado por su actualidad.
A la vista del cuadro la cantidad de partículas potencialmente existentes es enorme, desde algunas con una masa algunos millones de veces más pequeña que la del electrón, hasta los Bosones, con masas hasta un millon de veces más grande que la del electrón. A la vista de ello parece iluso pensar que la materia oscura del universo está formada por unos pocos tipos de partículas, lo sensato parece ser admitir que dicha materia está formada por un gran número de partículas elementales con masa. Como introducíamos en "orígenes de la materia", para que una radiación sea estable es preciso que exista una cierta presión de radiación de modo que las partículas, fotones o "quantums de masa" interactúen entre sí energéticamente. Si las partículas están muy próximas las fuerzas de atracción o repulsión pueden suponerse proporcionales a los desplazamientos. Entonces si k es la constante de proporcionalidad podemos escribir:
de donde podemos deducir la constante k del sistema
es decir que para que exista la radiación la presión de radiación debe ser tal que procure una fuerza de atracción entre partículas proporcional a la distancia x que las separa, que podemos definir mediante la siguiente expresión:
en la cual la constante de proprocionalidad k tiene el valor deducido antes y es propio de cada radiación:
La energía potencial máxima del sistema, si A es la elongación máxima es:
de donde resulta:
y teniendo en cuenta que:
resulta el siguiente valor de la amplitud A:
Es decir: en todas las radiaciones electromagnéticas la amplitud de la radiación y su longitud de onda están relacionadas biunívocamente de modo que a cada longitud de onda le correspopnde una única amplitud de onda posible y viceversa. Dicho de otro modo: un sistema solo empezará a emitir radiación cuando la energía recibida pueda llevar a sus partículas a un estado vibratorio compatible con amplitud y la frecuencia propias. En este sentido el espectro de rayas propio de algunos elementos sugiere la existencia de una resonancia entre las frecuencias propias de su constitución atómica y la enenrgía suministrada.
Para cada radiación el valor de la constante k está relacionado con la constante de Planck por la fórmula:
que el lector podrá deducir fácilmente
En definitiva podemos concluir que las radiaciones electromagnéticas, entre ellas la luz, son estables gracias a un campo de fuerzas que nace de la interacción entre las partículas que las constituyen y que dicho campo no es exclusivo de los bosones.
Queridos lectores, un cordial saludo
