EN EL CAMINO DEL BIG BANG

¿Por qué son así las leyes de la naturaleza?

Leyes de la naturaleza¿Por qué el mundo no se dispersó en forma de luz durante el Big Bang, en lugar de formar materia estable? ¿Cómo se expandió el universo hasta alcanzar su tamaño actual? ¿Qué determinó su velocidad? ¿Cuán constantes son las constantes naturales? ¿Y por qué las partículas elementales tienen la masa que tienen? Tales son las preguntas base de la física moderna - y la esencia de la creación. La vida humana nunca podría haber surgido en un mundo con constantes ligeramente diferentes.

En busca de respuestas, los físicos están examinando los componentes elementales del mundo material y sus interacciones, las cuatro fuerzas fundamentales: la interacción fuerte (I) que une a los quarks y a los átomos, la interacción débil (II) importante en la desintegración radiactiva, la interacción electromagnética (III) y la gravitación (IV). Esta última todavía no ha podido ser descripta por una teoría cerrada. Los físicos están desarrollando así un modelo de la “física más allá del modelo estándar" y buscando los campos asociados, como el campo de Higgs, como la clave de la gravitación. Lo están intentando con los aceleradores más grandes del mundo: el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, el futuro Colisionador Lineal Internacional y el acelerador en Broohaven. En experimentos a menor escala, están determinando las constantes naturales con mayor precisión que nunca.

Con este fin, los físicos de partículas, los astrofísicos y cosmólogos de la Sociedad Max Planck están colaborando más allá de los límites de sus disciplinas y a nivel internacional: junto con los biólogos a nivel molecular, especialistas en TI en el campo de la información cuántica y con los matemáticos de la teoría de cuerdas.

Una sopa de tres mil trillones de grados

La medida de un quark es la trillonésima parte de un metro: 10-18 metros o un atometro. Un protón es enorme en comparación, mil veces mayor: 10-15 metros y el núcleo del átomo mide diez veces más: 10-14 metros o diez femtométros. Los primeros átomos se formaron 300.000 años después del nacimiento del universo, a una temperatura de alrededor de 60 grados. Antes de eso, hacía demasiado calor. Cuatro picosegundos después del Big Bang la sopa  "primordial" todavía tenía una temperatura de alrededor de tres veces 1015, es decir, de tres mil billones de grados. Después de 0,000001 segundos y todavía a siete billones de grados, se formaron los protones y los neutrones, y después de tres minutos - cuando la temperatura había descendido a un billón de grados- los primeros núcleos atómicos. Fueron necesarios millones de años antes de que las primeras galaxias aparecieran.

Buscar el principio - ATLAS en construcción

Atlas de la naturalezaEn el CERN, en Ginebra, el gigantesco detector ATLAS está actualmente en construcción.  Allí, los protones chocarán entre sí. De esta manera, los científicos se proponen explorar el origen de la masa, el plasma de quarks y gluones, y buscar partículas más allá de los reinos de la supersimetría. El Instituto Max Planck de Física participa en la construcción del detector. El Instituto es responsable del rastreador interno, el calorímetro de hadrones y el espectrómetro de muones.

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Max Planck Institute for Physics, Munich
CERN, Geneva/Switzerland

Las partículas más pequeñas y las energías más altas - Lo que mantiene al mundo unido

Las partículas más pequeñas pueden ser divididas en dos categorías: las que intercambian energía - gravitones, gluones y fotones – y las que forman la materia: quarks, electrones y partículas más exóticas. Las partículas de la materia pueden dividirse en tres familias. Pero, ¿por qué sucede eso? ¿Qué determina esta clasificación? En la actualidad, los físicos aún no tienen respuestas satisfactorias a estas preguntas. Tampoco es claro por qué el mundo se mantiene unido por exactamente cuatro fuerzas: las débiles, las fuertes, las interacciones electro-magnéticas y la gravedad. Es de suponerse que todas éstas tenían la misma fuerza dentro de las energías extremas imperantes en el nacimiento del Universo.

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Archimedes, Berlín

Átomos súper-fríos y pulsos de luz ultra-cortos - De la onda al aislante de Mott

MOTTLos átomos pueden transformarse en un nuevo estado de materia a unos pocos cientos nanokelvin. Los condensados Bose-Einstein reaccionan juntos, como una onda, que puede ser  separada mediante una pantalla de luz. La onda se transforma así en un “aislante de Mott". Como huevos en una caja de cartón, un cierto número de átomos siempre ocupa un espacio en la pantalla. Si el láser se apaga, el orden desaparece. Este es un método ideal para explorar las cuestiones fundamentales de la física de estado sólido, la óptica cuántica y la física atómica, así como abrir nuevas perspectivas para la computación cuántica.

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Max-Planck-Institute of Quantum Optics

 

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