martes, 27 de septiembre de 2011

Más veloz que la luz

En el acelerador de partículas del CERN, el Centro Europeo para la Investigación Nuclear, se detectó (Setiembre/2011) un hecho que causó asombro, ya que se informó que fue posible acelerar objetos masivos (neutrinos) hasta llevarlos a superar la velocidad de la luz en el vacío.

Lo novedoso del resultado es que, de esa forma, queda limitada la validez de la teoría de la relatividad especial la cual predice la imposibilidad de que una partícula masiva llegue, y menos aún, supere, tal velocidad, ya que la masa tendería a crecer indefinidamente. Sin embargo, se informó que, no sólo se llegó a la velocidad de la luz, sino que se la logró superar por muy poco. De esto se vislumbran dos posibilidades hacia el futuro inmediato:

a) Otros experimentos invalidarán la afirmación establecida.
b) Otros experimentos confirmarán el fenómeno (neutrinos más veloces que la luz en el vacío)

En el primer caso, la física seguirá su camino, con pocas novedades importantes en los últimos años. Cuando los nuevos experimentos no hacen otra cosa que confirmar las teorías vigentes, hay pocas opciones como nuevos caminos de investigación.

En el segundo caso, los físicos teóricos estarán maravillados por cuanto se abrirá una nueva etapa para la física teórica, ya que la teoría de la relatividad especial presentará limitaciones impensables en otras épocas.

Recordemos que las pequeñas desviaciones experimentales, respecto de lo esperado, son las que promovieron cambios importantes en el desarrollo de la física. Así, la observación de un planeta, bajo una diferencia de un ángulo de 8 minutos, respecto de lo previsto, indujo a Kepler a introducir órbitas elípticas en el sistema planetario solar. Luego, las leyes de Kepler, junto a las de Galileo, le permitieron a Newton establecer la ley de la gravitación universal.

También la existencia de la discontinuidad de la acción interviniente en los fenómenos atómicos permitió la introducción de la constante de Planck con el posterior desarrollo de la mecánica cuántica. Un pequeño desplazamiento de una línea del espectro del hidrógeno (desplazamiento de Lamb) llevó al desarrollo de la Electrodinámica cuántica.

De confirmarse el mencionado comportamiento de los neutrinos, surge la posibilidad de existencia (y la necesidad) de una teoría más general que la relatividad especial, de la cual no podrá decirse que es errónea, sino que, simplemente, es limitada en su campo de aplicación.

Recordemos que la relatividad especial fue considerada como una corrección relativista de la mecánica de Newton-Lagrange-Hamilton para velocidades cercanas a la de la luz, mientras que la mecánica cuántica fue una corrección cuántica de la mecánica para fenómenos cuya cantidad de acción interviniente era del orden de la constante de Planck. También la Electrodinámica cuántica se consideró como una corrección cuántica del Electromagnetismo de Maxwell. De ahí que ahora se abre la posibilidad de una corrección de la relatividad para velocidades iguales y mayores a la de la luz.

La nueva teoría habría de describir los mismos fenómenos descriptos por la relatividad especial y, además, debería prever la posibilidad de existencia de partículas masivas que pudiesen superar la velocidad de la luz en el vacío (sin necesitar, por supuesto, de energías infinitas, como postula la relatividad especial de Albert Einstein).

En este momento es oportuno mencionar la existencia de una teoría presentada en 1979 en la cual se predice que, a la velocidad de la luz, la masa de las partículas presenta un máximo (y no un valor infinito) y que, superada esa velocidad, decrece nuevamente. Se trata de la “Dinámica Gravitacional” de Salvador Puliafito (1928-1994). Esta teoría, como era de esperar, tuvo poca aceptación por cuanto permitía la existencia de partículas masivas que podían moverse a velocidades mayores a la de la luz en el vacío, algo “prohibido” por la relatividad especial.

Sin embargo, la noticia recibida desde el CERN la ubicaría como una de las pocas teorías compatibles con la relatividad especial y con el nuevo fenómeno descubierto (además de ser compatible con la mecánica cuántica y con la relatividad general).
De todas formas, que una teoría sea compatible con otras teorías verificadas experimentalmente, y con el nuevo fenómeno observado, no significa que necesariamente sea correcta, pero seria beneficioso para el desarrollo de la física que se la estudiara con cierto detenimiento por cuanto presenta, por su sencillez y profundidad, un gran atractivo. Tal atractivo consiste en volver a disponer de teorías que parten de modelos físicos concretos e intuitivos, en lugar de teorías que se fundamentan en entes abstractos o puramente matemáticos.

Esencialmente, la Dinámica Gravitacional consiste en la descripción de la masa, que es la magnitud básica de toda la física, como un oscilador en lugar de quedar caracterizada por otras magnitudes. Su autor escribió:

“Se ha definido como Dinámica Gravitacional a una nueva concepción cuántico relativista la cual asigna al fenómeno de la gravitación un papel fundamental en las interacciones físicas básicas. Según esta concepción debemos considerar «materia», en el sentido de nuestras experiencias y de nuestras mediciones, a la energía de campo gravitacional concatenada a una cierta superficie gaussiana que encierra una dada partícula”.

“Desde este punto de vista estamos invocando, a la manera einsteniana, un principio de identidad de masa, pero a diferencia de la dinámica relativista preferimos centrar la concepción en la gravitación y no en la inercia. En nuestra opinión el modelo gravitacional de la materia permite profundizar el análisis de las propiedades físicas de la misma estableciendo un puente natural entre la mecánica cuántica y una concepción relativista”.

“En efecto, podemos identificar las propiedades ondulatorias de la materia con las del campo gravitacional de una dada partícula, haciendo de este modo menos ardua la comprensión de la dualidad onda-corpúsculo”.

“La importancia de partir de una definición de tipo gravitacional, única, para la masa, posibilita, por otra parte, el establecimiento de un punto de vista formal de indudable trascendencia en la definición de las magnitudes básicas de la física. Es bien conocido el hecho de que cualquiera sea el sistema de unidades que se adopte, la definición de masa, con independencia de las otras magnitudes básicas, es un objetivo deseado pero no cumplido”.

En cuanto a la descripción del campo gravitacional, Salvador Puliafito escribe:

“El campo gravitacional será considerado desde un punto de vista cuántico de acuerdo a las características generales del modo siguiente:

a) Las líneas de flujo de un campo gravitacional son las trayectorias de los cuantos de dicho campo (gravitones).
b) La velocidad relativa de los cuantos respecto de un sistema de referencia fijo a la partícula considerada es igual a la velocidad de la luz.
c) Los cuantos gravitacionales son eléctricamente neutros.

El modelo sugerido en esta concepción posibilitará básicamente interpretar de una manera razonable las funciones de onda asociadas a una dada partícula”.

“En efecto, desde un punto de vista macroscópico el campo gravitacional será «estacionario» dado que supondremos que la frecuencia de incidencia de los gravitones en una línea de flujo sea lo suficientemente alta como para no percibir las propiedades ondulatorias de los procesos dinámicos. Además, desde el punto de vista macroscópico, el flujo ligado a cuerpos materiales es seguramente de magnitud apreciable como para ocultar tales propiedades”.

“Por otra parte, la experiencia acumulada a la fecha permite asegurar que tales propiedades ondulatorias intervienen activamente en las interacciones entre partículas a nivel microscópico abriendo de este modo el capitulo de la física que conocemos como mecánica cuántica”.

“En consecuencia, la «frecuencia universal de gravitación» y el flujo total ligado a una partícula serán, como veremos, los parámetros que configuran la distinción entre una concepción cuántica (u ondulatoria) y una concepción continua (ya sea clásica o puramente relativista)” (De “Dinámica Gravitacional”-Editorial Idearium-Mendoza 1979)

De esa forma, la masa se define desde una escala de observación atómica, o microscópica, en lugar de seguir definida desde las escalas de observación humana o astronómica.

De la relatividad tenemos que: Energía = Masa x c²
De la mecánica cuántica tenemos:Energía = h x frecuencia
De donde: Masa = Constante x Frecuencia

Pero esta vez la frecuencia asociada a la masa no es la de los fotones que constituyen el campo electromagnético, sino la frecuencia de incidencia de los cuantos gravitacionales (gravitones) que provienen de la mencionada resonancia universal de gravitación. Ambos campos de fuerza, producidos por la masa y por la carga eléctrica de las partículas atómicas y nucleares, existen superpuestos en una misma zona del espacio.

Si la Dinámica Gravitacional no es la solución esperada, al menos es importante tenerla presente como el punto de partida hacia otras teorías. Si llega a ser la solución esperada, será un gran acontecimiento en la historia de la física.