Nuestro universo no es supersimétrico, afortunadamente


rota

La supersimetría es el Holandés Errante de la física, muchas veces vislumbrada pero nunca demostrada, hasta la fecha. No es discutible que la física respiraría con alivio si se encontrara la supersimetría en algún experimentos de estos de alta energía donde colisionamos partículas como locos para excitar los campos con mucha energía y a ver qué sale…

El descubrimiento experimental de la supersimetría sería un bello broche final a la física teórica iniciada en el siglo XX y abriría las puertas, de par en par, de toda una nueva física que aún no controlamos pero de la que se ha elucubrado mucho.

Lo que podemos afirmar sin miedo a equivocarnos es:

Afortunadamente nuestro universo, en nuestra escala de energías, no es supersimétrico.

Vamos a intentar explicar el porqué hemos de alegrarnos de que la supersimetría no sea el pan nuestro de cada día.  Básicamente es que no habría pan ni nadie para disfrutar del día.

Simetrías y supersimetrías

Puede que uno de los descubrimientos más fundamentales, más brutales, más reconfortantes y más crueles de la física se puede resumir en:

Tu punto de vista… no importa una mierda

Esto, dicho de una manera más elegante y más matemática se puede encontrar en los teoremas de Emmy Nöther.Noether

Estos teoremas nos han enseñado que la física, entendiendola como la aproximación más fundamental al comportamiento y modos del universo, gusta de pasar de nuestros puntos de vista.  Nuestros puntos de vista, nuestra forma de ver el mundo, nuestra forma de determinar el tiempo y el espacio, etc, son irrelevantes.  La física es insensible a los distintos puntos de vista.

A la física le da igual si haces un experimento a las tres de la mañana o a las cuatro de la tarde, medido en tu reloj o el reloj de cualquier otro.  La física es insensible a si haces un experimento en Beijing o en Nürnberg.  Se la trae al pairo si lo haces mirando al oeste o al sureste.  (Entendamos que hacemos siempre los experimentos en las mismas condiciones, evidentemente si uno quiere medir las propiedades de la luz del Sol conviene hacerlo de día, pero ya me entendéis)

Estos argumentos, y otros análogos extendidos a situaciones más extravagantes, nos condenan a aceptar la existencia de propiedades conservadas, la energía, el momento lineal, el momento angular, la carga eléctrica, bla, bla, bla…

Pero no solo eso, esos mismos argumentos especifican de manera unívoca las interacciones elementales.  Es decir, nos dicen que el electromagnetismo, la gravedad, la interacción débil o la interacción fuerte han de existir y han de tener tal o cual propiedades.

Lo sé, entiendo perfectamente lo que sentís en este momento:

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Lo que nosotros llamamos leyes de la física no son más que cosas que nos recuerdan que nuestra opinión es totalmente irrelevante.  Es una lección a tener en cuenta.

En definitiva, lo que estamos diciendo es que podemos hacer cambios para que nada cambie.  Por ejemplo, si invirtiéramos todas las velocidades de todas las partículas del universo a la vez, la cosa seguiría tan ricamente, la naturaleza no se inmutaría. Si cambiamos todas las partículas por antipartículas, más de lo mismo.

Pues bien, a nivel fundamental podemos identificar distintas características de las partículas elementales.  Las partículas tienen cargas, eléctricas, débiles, fuertes, etc.  Eso les permite interactuar e intercambiar energía o momentos entre ellas, eso sí, la cantidad total de esas magnitudes ha de conservarse.  Las partículas han de tener masa que es una medida de lo que cuesta cambiar su estado de movimiento, acelerarlas o frenarlas al estar sujetas a distintas interacciones. Y las partículas tienen una propiedad denominada espín.  El espín es el espín. Es una propiedad que poseen las partículas, como su masa o su carga, y la poseen porque esta propiedad está impuesta por eso que hemos dicho antes – Tu punto de vista es… en fin, dejémoslo ahí-.  El espín por lo tanto, es una cantidad conservada y hay interacciones que dependen del espín.

Bosones y fermiones

Lo interesante del espín es que permite clasificar las partículas en dos grandes grupos.  El espín, condenado por su origen y su definición, puede tener valores enterios 0, 1, 2,…, o valores semienteros, 1/2, 3/2,…. en algunas unidades (no vienen al caso pero son las unidades de la constante de Planck).  Así a las partículas con espín entero se denominan bosones y a las partículas con espín semientero se denominan fermiones.

¿Lo entiendes?  Claro que lo entiendes, igual que entiendes tu nombre, el nombre de tus hermanos, el nombre de tus hijos, el nombre de tus amistades, etc.  Es un nombre, bosón tiene espín entero, fermión tienen espín semientero.  No le des más vueltas.

Un ejemplo de bosón es el fotón, la partícula elemental de la luz o de la radiación electromagnética. Un ejemplo de fermión es el electrón, que es una partícula bastante importante para nuestros quehaceres cotidianos y nunca bien ponderada.

Ser fermión o bosón imprime carácter.  Por el mero hecho de ser un fermión o un bosón las partículas están condenadas a tener distintos comportamientos que se ponen de manifiesto cuando ponemos otros fermiones u otros bosones del mismo tipo en el mismo sistema.  Por ejemplo, si tenemos un conjunto de electrones, fermiones idénticos todos ellos en un átomo, no hay forma de ponerlos todos en el mismo estado.  Es decir, no podemos ponerlos todos con los mismos valores en todas sus etiquetas, no pueden tener todos la misma energía. Solo dos de ellos pueden tener la misma energía, si intento poner un tercero… simplemente no puedo, está totalmente prohibido.

Los bosones son mucho más sociables, a los bosones les gusta estar todos en el mismo estado, ahí revueltos, perdiendo casi su identidad y formando un revoltijo de los buenos donde es difícil decir quién es quién.

Supersimetría

Ahora voy a ser un poco laxo en cuanto a la historia de la física se refiere. Confiad en mí, tampoco se aleja mucho de la realidad lo que voy a contar.

Una vez que se tuvo constancia de la existencia de los fermiones y los bosones con sus particulares comportamientos la pregunta inmediata que se hicieron es: ¿Qué pasa si cambiamos todos los fermiones por bosones y viceversa? ¿Será la física insensible a tal cambio? ¿Será esa una nueva simetría?

Después de muchos dimes y diretes la cuestión se resolvió en positivo. Sí, hay una simetría que permite cambiar fermiones por bosones.  La supersimetría.

El problema es que la supersimetría no podía relacionar los bosones conocidos, por ejemplo el fotón, con fermiones conocidos, por ejemplo el electrón.  Esas dos partículas no se parecen ni en los andares, por ejemplo el fotón anda bastante rápido.  Para que la física no se enterara del cambio de bosones por fermiones tendría que existir por cada bosón conocido un fermión de la misma masa y la mismas características pero con un espín semientero.  Y viceversa, por cada fermión conocido tendría que existir un bosón de la misma masa y las mismas características pero con un espín entero.  El problema es que esas partículas compañeras supersimétricas de las conocidas no están a nuestro alrededor, porque evidentemente de estar ya las habríamos detectado igual que hemos detectado las que sí que están.

La supersimetría está rota

No pasa nada, hay una solución posible.  Si bien la naturaleza es supersimétrica en sus niveles más fundamentales, su realización no se da a nuestra escala de energía.  Se dice que la supersimetría está rota.  En el proceso de “rotura” un miembro de cada pareja supersimétrica adquiere una masa muy elevada y el otro una masa muy pequeña.  Evidentemente, en nuestro entorno birrio-energético las únicas partículas que vemos son las más ligeras posibles. Las compañeras simplemente no aparecen porque no hay la suficiente energía disponible para mantenerlas estables.  Si una partícula está muy por encima de la energía de su entorno tenderá a decaer, a convertirse en otras partículas más ligeras siempre y cuando se respeten todas las leyes de conservación involucradas.

Por eso se busca la supersimetría en los aceleradores de partículas actuales, el LHC fundamentalmente, porque se recrean condiciones de energía tan elevadas que la supersimetría ha de poder ser “visible” y encontrar pares de partícula y superpartícula compañera.  En eso están ahora los buscadores de partículas y ojalá que la encuentren.

Afortunadamente

En cierto sentido es muy conveniente que la supersimetría, en caso de haberse realizado en nuestro universo, se haya roto. ¿Por qué?

Bueno porque si no se hubiera roto encontraríamos procesos en los que un electrón de esos de toda la vida (un fermión) podría convertirse en su compañera supersimétrica, que tiene el original nombre de selectrón.  El selectrón tiene la misma masa, la misma carga del electrón solo que tiene un espín entero, es un bosón.  En ese proceso se emitiría un fotino que es la partícula supercompañera del fotón, como este no tendría masa en resposo, se movería a la velocidad de la luz y no tendría carga eléctrica.

Vale, bien… ¿es eso un problema?

Sí, lo es.

risk-ahead

Pensemos una cosa, los electrones son fermiones así que si tenemos muchos fermiones (más de dos) en un átomo estamos seguros de que no habrá más de dos con la misma energía.  No se pueden poner más, así lo dijo Pauli (y no solo lo dijo sino que está demostrado, es la esencia del fermión).

Podemos pensar que los átomos se organizan por cajas en los distintos niveles de energía.  En el primer nivel de energía hay una caja.  En el segundo nivel de energía hay cuatro cajas. Y así podríamos seguir pero sería aburrido.  En cada una de esas cajas caben dos y solo dos electrones como mínimo.  Por lo tanto, en el primer nivel de energía caben 2 electrones y en el segundo nivel de energía caben 8 electrones, cada par en su caja.

El Hidrógeno solo tiene un electrón, así que no hay un problema, puede estar en el estado de menor energía…, al cajón.  El Helio tiene dos electrones, sin problema, los dos pueden estar en el nivel de menor energía…, al cajón.

La cosa se pone interesante con el Litio que tiene tres electrones.  Evidentemente caben dos en el primer nivel de energía, pero solo dos.  El tercer electrón se tendrá que disponer en un nivel de energía superior, de las cuatro cajas que tiene a su disposición pues que elija una y que se ponga cómodo.

Una concepción artística, donde no hay subdivisiones de cajas de los niveles, solo se indican estos niveles de energía y el número total de electrones que caben (dos por cada caja o subnivel de energía), la podemos encontrar en la siguiente representación:

energy_levels_big

Ahora bien… Imaginemos que estamos en un mundo supersimétrico.  Imaginemos que tenemos el átomo de Litio y que por lo tanto tenemos tres electrones.  Pero como la supersimetría está presente, el tercer electrón podría convertirse en un selectron emitiendo un fotino.  El selectrón se quedaría ahí en el átomo ocupando el lugar del electrón.  Bueno, tiene la misma masa y carga así que no es muy importante, ¿o sí?

El problemilla es que el selectrón es un bosón, así que nada le impide caer hasta el estado más bajo de energía, hacia la primera de las cajas del Litio.  Oh, hemos perdido la disposición de electrones del Litio, es decir, hemos perdido su comportamiento químico, el comportamiento que tanto nos gusta en este nuestro universo.  Y el problema puede ser peor, este proceso se puede dar lugar en todos los electrones y todos caerían a la caja de energía más baja, son bosones pardiez, gustan de estar todos apretujados en el mismo estado.  Y entonces fuera la química del Litio.  El problema es que eso pasaría con el Oxígeno, el Carbono, el Nitrógeno… esos atomillos que son la base de la vida.

Por lo tanto, es una suerte que nuestro universo no sea supersimétrico en nuestra escala.

Nos seguimos leyendo…

Nota:  Los elementos químicos los he escrito en mayúsculas porque me ha parecido una buena idea. No lo hagáis en casa.

Otra nota:  Si os habéis quedado con ganas de saber sobre bosones, fermiones, Noether o supersimetría… USAD EL BUSCADOR DEL BLOG  😉

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16 Respuestas a “Nuestro universo no es supersimétrico, afortunadamente

  1. Our organs of sentience are not only responsible for the qualitative value we give to the world but we also give it its whole objective reality , we give the apple its color , its texture , its taste , as a matter of fact we give it its entire existence therefore the world is a product of the organs that perceive it. The world and its objects is a product of our anatomy and its organs. If it wasn’t for the apple your sentient experience of an apple would disappear into potentiality, potentiality hold infinity and eternity within its nature. The world does not really holds all these objects in its reality because the world has no reality but the reality we give it with the imagination therefore imagination is the one that holds all these organs in your anatomy with its perceived reality of the world in a projection outside itself.

  2. me encanta

  3. Simplemente chapó.

  4. Usted es un excelente pintor, ha realizado un bosquejo muy entendible que hasta mi abuelita lo entendería, gracias por todo

  5. Una excelente explicación acerca de cómo funciona el Universo (que podemos detectar). Ahora bien, a pesar de ello, no puedo decir lo mismo de las conclusiones, pues todas ellas están absolutamente sesgadas.

    A finales del siglo XIX todos afirmaban ya, y también sin temor a equivocarse que el universo era material y resultó que no, que no lo era. Bueno, mejor dicho, era material y no lo era al mismo tiempo.

    Durante unos pocos años todos continuaron afirmando que el tiempo era estático y, mira por donde, resultó que tampoco… Es lo que tiene ver el Universo únicamente desde una perspectiva materialista, o afirmar cosas con rotundidad aún sin conocer el funcionamiento global.

    De hecho, si el Universo fuera en todos sus aspectos (visibles o no) no-simétrico lo que implicaría es que el caos o el desorden gobierna el universo y no sólo es eso lo que observamos. Ver el mundo desde un único punto de vista conduce inexorablemente a callejones sin salida, que es lo que ha pasado en los últimos 100 años en la física reconvertida en paradigma de la ciencia en global. Es lo que llamamos “singularidades”, siempre llegamos más pronto o más tarde a algo que físicamente no se puede explicar…. ¿Por qué será?

    Si el azar gobierna nuestro mundo, si no existe algún código oculto que todo lo conecta, es absurdo pensar (por ejemplo) en la existencia de una teoría unificada…. ¿Para qué vamos a hacerlo? El azar, así a primera a vista, no seguiría una regla matemática, algo que podamos condensar en una especie de ley final y universal. Si esto fuera cierto tampoco tendría ningún sentido buscar partículas en el mundo infinitesimal, para luego tratar de enlazarlas entre ellas. También sería absurdo este planteamiento.

    No es cierto que al Universo le importe una mierda nuestros puntos de vista. No sólo desmiente esto la física cuántica, sino que múltiples experimentos ya han demostrado como la focalización del pensamiento es capaz de hacer variar la probabilidad. Un buen ejemplo serían los experimentos Conciencia Global, aunque también servirían el efecto placebo, las neuronas espejo o la inteligencia emocional.

    Si al Universo le importara una mierda nuestra perspectiva querría decir que no existe una conexión entre mente y Universo…. Como decía Wheeler sería imposible hacer que el universo entre en nuestra existencia. Es como renunciar, como decir que nosotros, nuestros pensamientos o nuestra encomiable inteligencia han surgido de forma expontánea, casi casi de la nada.

    Afortunadamente, no es nada de eso. La única incapacidad manifiesta que tenemos es entender que el universo crece y evoluciona de forma exponencial, y esta forma de crecimiento no puede ser codificada en nuestros maravillosos equipos técnicos. Por eso, desde un punto de vista físico, no tiene sentido la expansión del Universo. Y por eso, por ejemplo ni siquiera LIGO puede incluir este parámetro en sus resultados, dando lógicamente también un resultado sesgado.

    Si un fotón puede ser una partícula y no serlo al mismo tiempo… ¿Porqué no iba a poder hacer lo mismo todo el Universo? No hay nada que prohiba esto, a excepción !claro! de nuestra propia mentalidad.

    Si el Universo, por el contrario, fuera simétrico, la física no respiraría aliviada. Creo que también te equivocas en esto. Lo que implicaría es que la física estaría acabada, pues el universo podría ser descrito de forma matemática en su totalidad. La física tan sólo sería una complicación adicional, algo que se puede simplificar.

    • La simetría es intrínseca al concepto que es el símbolo =
      Si la simetría se demuestra falsa por los hechos experimentales, también debería ser falso su símbolo

  6. Interesante como física teórica, pero pienso que con tanta teoría nos olvidamos de la física práctica. El pensamiento como tipo de energía elevada que puede operar sobre los cuerpos físicos de organismos vivos. Se han realizado tantas demostraciones desde mediados del s. XIX y principios del s. XX que luego han sido obviadas por el sistema a base de carpetazos y/o alusiones a la locura… En vez de perdernos con tantos nombres vamos a lo básico y pongámoslo en práctica. Al fin y al cabo todas esas partículas no son más que energía generadas a partir de pensamientos.
    Me gustaría que escribieras algo relacionado sobre el pensamiento y la física cuántica.

    • si te interesa el papel de la conciencia en el universo te sugiero que leas a Roger Penrose, empezando por “lo grande, lo pequeño y la mente humana”; tambien te recomiendo “la totalidad y el órden implicado”, de David Bohm. Ambos los puedes bajar gratis en la red. Ambos libros NO son fáciles: los he leido 3 veces cada uno y apenas me voy compenetrando, pero te serán muy utiles.
      una vez que los leas te aseguro que nunca mas escribirás cosas como: “En vez de perdernos con tantos nombres vamos a lo básico y pongámoslo en práctica. Al fin y al cabo todas esas partículas no son más que energía generadas a partir de pensamientos.”

      • Buscaré esos libros, pero, ¿me podrías especificar sobre lo que escribí?
        Por lo que sé ¿no es el pensamiento (ideas) la forma de energía básica?
        “Heinsenberg, el codescubridor de la mecánica cuántica, fue muy claro al respecto; los átomos no son cosas, son TENDENCIAS. Así que, en lugar de pensar en átomos como cosas, tienes que pensar en posibilidades, posibilidades de la consciencia. La física cuántica solo calcula posibilidades, así que la pregunta viene rápidamente a nuestras mentes, ¿quién elige de entre esas posibilidades para que se produzca mi experiencia actual? La respuesta de la física cuántica es rotunda: La conciencia está envuelta, el observador no puede ser ignorado”

        Te cito el párrafo anterior pues es algo que me llamó la atención cuando lo leí, en todo caso, sólo me considero un iniciado en esto y por ello te agradeceré si puedes ayudarme a entender más y mejor.

      • ya encontré esos libros que me sugeriste y que habiendo leído por ahora 3 veces apenas te vas compenetrando. Normal, son físicos teóricos y nada prácticos, además destacan en el ” establishment” como los mejores en su área. Ahora entiendo por qué no has seguido este intercambio, te podría sugerir alguna lectura de interés pero ya no sé hasta donde llega “er pego” que quieres sugerir.
        Estos señores que me sugeriste que leyese, quieren explicar las cosas matemáticamente, o sea, imponer a la naturaleza verdades matemáticas, que en realidad son sólo técnicas y de ciencia no tienen nada. Las matemáticas no cumplen los preceptos científicos, por lo tanto de nada sirve torturar a la naturaleza soñando con cuentos mágicos.

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  8. ALEJANDRO ALLEPUZ PEDREÑO

    Tres meses sin una entrada nueva en el Blog. ¡Se ha hecho muy largo!. Animo a todos a descargaros los podcast de los tres chanchitos donde podemos disfrutar de Cuentos Cuánticos semanalmente.
    P.D. Por cierto os tengo que preguntar a los chanchitos sobre la conservación de la energía en Relatividad General, a ver que me contais que ya no sepa jeje.

  9. Bueno, para que el electrón decaiga en selectrón en primer lugar no sólo necesitas supersimetría a una escala alcanzable sino que necesitas incluso que la jerarquía sea la inversa, es decir, que el selectron sea más ligero que el electrón. Si esto se cumple, sí que hay vértices (creo) que permiten que el electrón decaiga a un selectrón, aunque el bicho que los acompaña (al menos a tree level) es un neutralino, que es algo más complicado que el fotino porque tiene mezcla con el Higgsino, con los otros gauginos y la de Dios. Y habría que ver cuánto de probable es que pase, cosa que es totalmente dependiente del modelo hasta donde yo sé.

    Pero bueno, que es cierto que quizás sería posible cocinar un lagrangiano en el que esto pase, pero a mí no me parece algo muy obvio.

  10. Una explicación brillante, sencilla y muy didáctica. Muchas gracias

  11. Bien pibe, interesante y muy didáctico.

    Sin duda ley significa restricción, y las leyes de la naturaleza, sobre todo las fundamentales, son muy severas con estas cosas. Estas restricciones no son negociables ni democráticas.

    Es bastante común que nos sintamos fastidiados por algunas de ellas, pero es porque no sabemos o no comprendemos porqué deben existir.

    Todo va con todo, y el equilibrio en realidad es muy delicado. Este Universo grandulón en el fondo es muy delicadito.

    Si lográramos alterar alguna cosita que las leyes naturales restringen, puede que al final del espinel, nos quedemos sin nuestro Universo.

    Seguro que nada se perdería, solo se transformaría.

    Pero como resulta que la parte más importante para nosotros no es la física, sino la metafísica, la vida digamos, volver a ser solo energía o masa, seria un garrón sin duda.

    Visto así, tan mal no está la cosa.

    Resultan simpáticas las restricciones después de todo.

    Rubén Ardosain

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