Bueno. Esta será mi respuesta número 100 en Quora.
Tomaré sus preguntas una por una, preferiblemente no en el mismo orden en que se hacen, y trataré de abordarlas en “términos simples” y muy detalladas. Esta será una gran respuesta, así que siéntese y tome algunas palomitas de maíz.
Antes de hablar sobre la teoría de cuerdas o los agujeros negros o LHC, establezcamos algo de terreno para ello.
- ¿Cómo saben los científicos que hay singularidad dentro de un agujero negro?
- Dado que el universo tiene alrededor de 13.8 mil millones de años según nuestra referencia de tiempo, ¿cuántos años tiene en algún lugar con una escala de tiempo diferente como un agujero negro, por ejemplo?
- ¿Las estrellas cercanas que orbitan alrededor de Sagitario A * estarían dentro de su superficie si fuera una estrella y no un agujero negro, demostrando así que es un agujero negro?
- ¿Debe todo lo destinado a caer en un agujero negro "visitar" primero el disco de acreción o puede caer directamente?
- ¿Se pueden usar los agujeros negros para hacer máquinas del tiempo?
En nuestras escuelas nos dijeron que todo en este mundo está formado por átomos. Todo lo que ves a tu alrededor, el aire que sientes, el agua que bebes, el teléfono móvil en tu mano, el reloj en tu muñeca, tu propio cuerpo, esta tierra, la luna, el sol, todo está hecho de átomos. Al igual que una casa se construye ladrillo por ladrillo, el ladrillo se convierte en la unidad más pequeña de esa casa. Del mismo modo, lo que sea que esté presente en este mundo, si intentas dividirlo en la unidad más pequeña, será ATOMS .
Pudimos encontrar todas esas unidades o átomos más pequeños distintos, como hidrógeno, oxígeno, hierro, oro, uranio, etc. Todos están tabulados en la ” Tabla periódica “. Hay alrededor de 98 átomos distintos que existen naturalmente.
Newton y otros científicos ya han formulado las leyes de la física conocidas como mecánica clásica o mecánica newtoniana . Esas leyes pudieron explicar los movimientos de los planetas, el movimiento de los objetos, las trayectorias. Básicamente, esas leyes fueron seguidas por objetos más grandes. Objetos como manzanas, piedras o incluso tan grandes como planetas, estrellas o incluso galaxias. Pero cuando esas leyes se aplicaron para predecir el comportamiento de las unidades más pequeñas del universo o mejor llamar átomos, entonces esas leyes fallaron miserablemente. Era seguro que para las unidades más pequeñas del universo se requieren nuevas teorías o leyes.
Más tarde, en las primeras 3 a 4 décadas del siglo XX, Batman y Superman de la ciencia como Einstein, Max Planck, Neil Bohr, Erwin Schrödinger, Richard Feynman, Lorentz, Heisenberg, Pauli, de Brogli, Dirac, Langmuir, etc., comenzaron a derivar leyes. para esas unidades más pequeñas. Quedaron asombrados por los cálculos y resultados basados en esta nueva teoría de que ni siquiera ellos mismos creían. Dieron a luz al campo más interesante de la física: la mecánica cuántica . La mecánica cuántica se ocupa de las leyes y teorías que siguen las unidades indivisibles más pequeñas del universo.
Pero ahora hay un giro en la historia, ya que se cree que las unidades más pequeñas no son los átomos. El átomo en sí está formado por partículas más pequeñas como protones, electrones y neutrones. Esos se llaman partículas subatómicas . Con el advenimiento de la mecánica cuántica, los científicos pudieron encontrar aproximadamente 90 tipos diferentes de partículas subatómicas en teoría. Aunque se observaron y confirmaron experimentalmente electrones, protones, neutrones y algunos otros. De repente había un océano de partículas subatómicas en el mundo de la mecánica cuántica.
Era necesario mantener esta inundación de partículas. Se observó que muchas partículas subatómicas se pueden clasificar en algún tipo de grupos lógicos, al igual que hay átomos clasificados en la tabla periódica.
Las partículas subatómicas se clasificaron y, por lo tanto, surgió la más interesante en física: el modelo estándar. En términos simples, el modelo estándar es como una tabla periódica para partículas subatómicas, donde se clasifican las partículas subatómicas. Ahora es más justo decir que todos y cada uno en este mundo está formado por partículas subatómicas. Incluso las fuerzas naturales que gobiernan el universo también pueden explicarse mediante un modelo estándar. A continuación se muestra una representación gráfica del modelo estándar.
Ahora imagine que quiere obtener su licencia de conducir de la oficina de tránsito. El examinador que examina tus exámenes de manejo decide reprobarte. Para obtener la licencia y manipular al examinador, puede ofrecerle algo de dinero / soborno. El examinador puede aceptar su soborno, tomar su dinero y aprobar el examen de manejo. Lo que realmente hizo técnicamente es que “obligó” al examinador a pasarlo en “intercambio” de dinero. Si no le hubieras dado dinero, él no te habría pasado.
Del mismo modo, las cuatro fuerzas fundamentales que se observan en la naturaleza funcionan.
Electromagnética, gravitacional, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil.
En realidad, existe el intercambio de algún tipo de fuerza específica que transporta partículas cuando estas fuerzas están en acción .
1. Fuerza electromagnética: Partícula portadora – Fotón.
Cuando un electrón negativo es atraído hacia un protón, ¿cómo define esa atracción? No hay ninguna cosa física que esté conectada a las entidades + ve y -ve, todavía aplican y sienten la fuerza, ¿cómo? Por intercambio de fotones : la fuerza que transporta partículas de fuerza electromagnética. Igual que intercambiaste dinero con el examinador y lo forzaste.
2. Fuerza nuclear fuerte – Partícula portadora – Gluones
Imagina que tienes que mantener a Batman y Joker sin pelear en un solo lugar. Ambos son tan poderosos y repelentes entre sí, que no pueden estar juntos en un solo lugar, lucharán y tratarán de alejarse el uno del otro. Ambos son poderosos. La única forma de mantenerlos en un lugar sin pelear es si los ata a ambos con una cuerda irrompible. Ahora están atados y atados para que no puedan luchar y escapar, pero la cuerda tiene que ser irrompible y más fuerte que los dos.
Un átomo consiste en un núcleo, donde se encuentran protones y neutrones. El núcleo está muy apretado con protones y neutrones. Los protones consisten en carga positiva, y debido a eso, todos los protones intentan repeler entre sí y, por lo tanto, intentan alejarse unos de otros. De esa manera nunca se puede formar un núcleo. Entonces, la fuerza nuclear fuerte mantiene a los protones y neutrones atados en el núcleo.
3. Fuerza nuclear débil – Partícula portadora – Bosones W y Z
Considere el mismo ejemplo de Batman y Joker atados con una cuerda irrompible. Después de que pasa un tiempo, Robin viene a rescatar a Batman y afloja la cuerda atada. Robin es como una fuerza débil, lo que le permite a Batman liberarse de la cuerda y alejarse de Joker.
La fuerza débil es la razón detrás de la radiactividad, donde el núcleo de átomos más pesados se desintegra en nuevos núcleos o átomos más pequeños.
4. Fuerza gravitacional – Partícula portadora – Gravitón (no observado hasta ahora)
Sir Newton detalló hábilmente las leyes de la gravedad. Sus ecuaciones también pueden predecir el comportamiento de los objetos debido a la fuerza gravitacional, pero no pudo explicar qué es la fuerza gravitacional. Cómo funciona la fuerza gravitacional. Aunque la gravedad es responsable de dar forma al universo, mantener planetas alrededor de estrellas y estrellas alrededor de galaxias, pero aún así la gravedad es la fuerza más débil en comparación con otras tres fuerzas fundamentales.
Einstein trató de explicar la razón detrás de la fuerza gravitacional. Postuló algo llamado teoría general de la relatividad. Según su teoría, la gravedad es una curva en el espacio-tiempo. Lo que quiso decir es que el espacio es como una hoja de tela, donde la tela se llama espacio-tiempo, y los objetos con masa en realidad distorsionan esta tela del espacio y, por lo tanto, crean una curva en ella.
Una analogía muy famosa es el trampolín. Si coloca una bola de boliche en el centro de un trampolín, entonces su fibra se estirará y la bola de boliche doblará la tela del trampolín. Del mismo modo, considere el espacio como una hoja de tela. Este fenómeno de flexión del espacio-tiempo es confirmado por un fenómeno observado llamado “Lente Gravitacional” , no quiero entrar en detalles de la lente gravitacional.
La teoría general de la relatividad es solo un modelo, un modelo que explica y responde muchas cosas. Pero aún así, la gravedad o la fuerza gravitacional es, en última instancia, una fuerza, que está doblando el espacio-tiempo, y debería haber una partícula portadora para transportar la fuerza gravitacional. Esas partículas se nombran como Gravitones. Los gravitones no se observan experimentalmente. Todavía son teóricos.
¿Qué es la teoría de todo?
Ahora sabemos que hay cuatro fuerzas fundamentales, y todo en este universo está gobernado por estas 4 fuerzas. Todo en este universo puede explicarse por estas 4 fuerzas. Por lo tanto, Einstein comenzó una búsqueda para unir estas 4 fuerzas en una sola ecuación que puede explicar cualquier cosa. Una teoría de todo. Stephen Hawking y otros científicos todavía están en la búsqueda. La mecánica cuántica no puede conducir a la teoría de todo (TOE). Por lo tanto, se requiere alguna otra teoría para continuar y perseguir la búsqueda TOE.
¿Qué es la teoría de cuerdas?
¿Alguna vez ha tocado la guitarra o el violín? Estoy seguro de que debe haberlo oído al menos. Cuando presionas la cuerda en diferentes trastes en la guitarra y la tocas, cada traste dará como resultado un sonido diferente con la misma cuerda. La misma cuerda puede producir muchos sonidos a diferentes frecuencias.
Recuerde las partículas subatómicas, que son partículas según la mecánica cuántica. La teoría de cuerdas dice que las partículas subatómicas son en realidad pequeñas cuerdas vibratorias pequeñas hechas de energía. Las diferentes frecuencias a las que vibra la cuerda dan como resultado partículas diferentes. Imagínese si el tamaño de partícula es igual a la tierra, entonces la cuerda vibrante que es realmente responsable de esa partícula será igual al tamaño de un árbol en la tierra.
De 98 elementos / átomos naturales —- a—-> pocas partículas subatómicas —– a —-> Cuerda vibrante.
La física ha cambiado mucho, y también nuestra comprensión.
¿Por qué es importante la teoría de cuerdas?
La teoría de cuerdas explica con éxito muchas cosas que no se explican por la mecánica cuántica. La única falla con String Theory es que las leyes y las matemáticas de String Theory fallan miserablemente con 3 dimensiones de espacio. La teoría de cuerdas y sus matemáticas se vuelven estables solo si agregamos más dimensiones además de las 3 dimensiones ya conocidas. Adición de no 1 o 2 sino 7 dimensiones adicionales. Por lo tanto, la teoría de cuerdas predice que el universo consta de 11 dimensiones totales, 3 (x, y, z) + 1 dimensión de tiempo + 7 dimensiones adicionales.
Editar: como se mencionó en los comentarios, no he abordado los agujeros negros, y tampoco mencioné algunos puntos de la teoría de cuerdas.
EDITAR – 1
La teoría de cuerdas en su fase inicial no fue capaz de atraer a muchas personas, y solo unos pocos físicos contables perseguían la idea de las cuerdas. A medida que la popularidad creció con el tiempo, muchas personas se unieron a la búsqueda de la teoría de cuerdas. Como resultado de lo cual no se formularon 1 sino 5 tipos diferentes de teorías de cuerdas .
En términos simples, imagine como si 5 músicos estuvieran tocando la guitarra, el violín, el violoncello, etc.
Más tarde, en 1995, el físico muy reconocido Edward Witten sorprendió a los teóricos de cuerdas. Dijo que las teorías de las 5 cuerdas son como el reflejo de un músico tocando la guitarra en 5 espejos. Es como mirar una cosa de 5 maneras diferentes. Edward Witten unificó las diferentes teorías de cuerdas como una, llamada M-Theory . Lo que significa M, nadie lo sabe, es solo un nombre dado. Algunas personas dicen que M significa misterio, magia o matriz o es W de Witten al revés.
Originalmente, las teorías de cuerdas tenían solo 10 dimensiones, pero a M-Theory se le ocurrió agregar una undécima dimensión más (como mencioné anteriormente).
Las dimensiones son direcciones independientes en las que un cuerpo puede moverse, a veces referido como grados de libertad.
¿Qué son las dimensiones adicionales y por qué no puedo verlas?
No podemos observar ni sentir las dimensiones adicionales predichas por la teoría de cuerdas. Esas dimensiones son muy pequeñas y están limitadas solo a partículas subatómicas. Déjame explicarte con una analogía. Toma o imagina una pajita para beber.
Si miras este popote desde una distancia significativa, solo verás una línea. No podrás ver esos círculos en el cuello de paja. Dirás que la pajita es solo una línea bidimensional. Al mismo tiempo, imagina una hormiga sobre esos círculos en el cuello de paja. Cuando la paja aparece como una línea para ti, al mismo tiempo que una hormiga puede caminar 360 grados en esos círculos, una hormiga puede experimentar el ancho de la paja.
Las partículas subatómicas son como esas hormigas, que pueden experimentar esas dimensiones adicionales que están fuera del alcance de nuestras 3 dimensiones observables más grandes.
También he hecho una pregunta sobre el entrelazamiento cuántico y las dimensiones adicionales aquí.
Tú vea, al igual que si abre una imagen en su computadora e intenta hacer zoom, después de una cierta cantidad de zoom, la imagen se pixelará. Nuestro universo es como una imagen, que se pixela a medida que profundizas en su tejido.
¿Por qué no se observan los gravitones (partículas transportadoras de la fuerza gravitacional) y por qué la gravedad es la fuerza más débil?
La gravedad es la fuerza más débil, no me crees, simplemente levanta tu teléfono móvil de la mesa. Toda la gravedad de la tierra no es suficiente para sostener tu móvil solo contra el músculo de tu mano. Por otro lado, intente separar dos imanes muy fuertes entre sí. Tienes que esforzarte mucho para separar dos imanes fuertes. La fuerza electromagnética es en realidad miles de millones de veces más fuerte que la gravedad.
La teoría de cuerdas también proporciona una respuesta para esta pregunta. La teoría de cuerdas dice que las cuerdas que vibran y producen partículas (modelo estándar) estan abiertos cuerdas terminadas. Significa que la cuerda es lineal, y esos extremos abiertos de la cuerda están atados a la estructura de nuestro universo.
Donde como la cadena que da como resultado Graviton es un bucle cerrado de cadena . Un bucle cerrado significa que no hay extremos abiertos, y si no hay extremos abiertos, entonces esa cadena no se puede atar a la estructura de nuestro universo.
Esa es la razón por la que no podemos detectar ningún Graviton hasta ahora. Graviton no está atado a la estructura de nuestro universo, por lo que se filtra de nuestro universo a otras dimensiones paralelas con mucha facilidad. Esa es la razón por la cual la fuerza gravitacional es tan débil, porque se filtra en otras dimensiones. La gravedad tiene fugas.
En términos simples, considere que tiene un pan y luego aplique mantequilla sobre él. Ahora, no importa cómo gire su pan, la mantequilla no saldrá de la superficie del pan. Por otro lado, toma el segundo pan y ponle algunos cristales de azúcar, tan pronto como gires el pan, el cristal de azúcar caerá, no se adherirán a la superficie del pan.
Ese pan es como nuestro universo, donde la mantequilla son todas las partículas que observamos y el azúcar es como el gravitón.
Editar – 2
Antes de comprender cómo la teoría de cuerdas está asociada con los agujeros negros, debemos hacer algunas cosas importantes sobre los agujeros negros.
¿Qué es un agujero negro?
Como todos sabemos, un agujero negro es un objeto muy pequeño con una cantidad de masa comparativamente enorme. Nada puede escapar de los agujeros negros, ni siquiera la luz. En el centro de cada agujero negro a medida que profundizamos en su interior, habrá un punto conocido como singularidad. Todos sabemos de estas cosas. Ahora algunas cosas menos conocidas e interesantes.
Si el agujero negro realmente absorbe todo, incluso la luz, y no emite nada, entonces el agujero negro es un cuerpo negro perfecto. Si es un cuerpo negro perfecto, entonces tendrá temperatura cero y ninguna entropía según la termodinámica.
Pero, Hawking ha considerado las fluctuaciones cuánticas y las correcciones cuánticas para el agujero negro, y teorizó que el agujero negro no es un cuerpo negro perfecto, emite algo conocido como Radiación Hawking . Jacon Bekenstein mostró la hemodinámica de los agujeros negros y mostró que el negro tiene cierta temperatura y entropía finitas. La entropía de un agujero negro es proporcional a la superficie del agujero negro y no al volumen del mismo. A medida que el agujero negro emite radiación de Hawking, significa que el agujero negro pierde masa y energía con el tiempo, y lentamente el agujero negro se evaporará con el tiempo. La solución de Hawking es que cuando el agujero negro se evapora, en su último momento el agujero negro emitirá una explosión final de energía aleatoria. Esta solución da lugar a la llamada paradoja de la información del agujero negro , porque la mecánica cuántica no permite que se pierda información, pero la energía de la evaporación no parece transportar la información sobre la materia que originalmente entró en el agujero negro. .
¿Qué es la paradoja de la información?
Imagina esto, estás preparando un batido de leche en una licuadora. Al mezclar un trozo de papel de su bolsillo cae dentro de la licuadora y el papel se arranca y se mezcla con el batido. Según la mecánica cuántica, la información escrita en su papel todavía está dentro de la licuadora, aunque no puede reconocerla de manera normal, pero está allí. La información no se pierde, está en alguna otra forma dentro de la licuadora. La mecánica cuántica dice que la información no se puede perder.
Teoría de cuerdas y agujeros negros:
La teoría de cuerdas predice muchos tipos diferentes de agujeros negros, uno de los cuales se llama agujeros negros supersimétricos . String explica la termodinámica de Bekenstein del agujero negro en vista del agujero negro supersimétrico, aunque el enfoque es un poco difícil de entender, donde intentan medir los diversos estados cuánticos o micro. De todos modos, el punto importante es que el agujero negro ya no sería un agujero negro, sino un extraño conglomerado de cuerdas. Leer sobre Fuzzball (teoría de cuerdas)
Afortunadamente, sin embargo, nos acostumbramos al hecho de que ciertas cantidades, como el número de estados disponibles para un objeto supersimétrico, no cambian a medida que cambiamos de un régimen a otro. Por lo tanto, esperamos que la entropía que medimos en otro régimen siga siendo válida cuando la relatividad general sea una buena aproximación. Y, de hecho, la entropía calculada a partir de la explicación mecánica estadística que la teoría de cuerdas da a la relatividad general concuerda con la entropía según lo predicho por Bekenstein. Ese es un avance importante en la comprensión de los agujeros negros desde la perspectiva de la teoría de cuerdas.
Editar 3
Teoría de cuerdas y súper simetría (SUSY). ¿Qué es SUSY y por qué lo necesitamos?
El modelo estándar habla de dos clases de partículas, es decir
Fermiones ( partículas de materia ) y Bosones ( partículas que transportan fuerzas )
Los modelos estándar predicen primero que todas las partículas no tienen masa, pero sabemos que las partículas tienen algo de masa. ¿Cómo las partículas están obteniendo masa? Entonces, para dar masa a las partículas, se hipotetizó un tipo de bosón muy especial Bosón de Higgs (que se confirma ahora). Higgs estaba teniendo un lugar especial en el modelo estándar, aunque es un bosón pero no es una partícula que transporta fuerza. La hipótesis y el experimento confirmado del CERN también dicen una cosa más de que Higgs debería ser una partícula ligera.
Ahora eso es raro. La partícula que está dando masa a otras partículas, cómo puede ser una partícula ligera, ahora este es un problema grave. Como siempre, el físico resolvió este problema planteando la hipótesis de un nuevo rango de partículas llamadas Supercompañeros, y la asociación de estos supercompañeros hipotéticos con sus socios reales verificados en el modelo estándar se denomina Supersimetría (SUSY).
Entonces, si tenemos en cuenta a los supercompañeros, entonces la partícula del supercompañero cancelará los higgs masivos y, por lo tanto, hará posible un higgs ligero, lo que hemos confirmado experimentalmente. Entonces, entonces comenzó la búsqueda para encontrar supercompañeros experimentalmente , que es el próximo objetivo, y será el próximo gran éxito para LHC.
Habrá nuevos supercompañeros supersimétricos para cada bosón y fermiones, pero la trampa es que cada fermión tendrá un supercompañero como bosón, y cada bosón tendrá un supercompañero como fermión.
Por ejemplo-
El supercompañero bosónico del electrón (fermión) será el selectrón, para el quark el supercompañero será el squark y así sucesivamente como stau, smuon, sneutrino.
El supercompañero fermiónico de los bosones como el fotón será Photino , gravitón – Gravitino , gluón – Gluino , W bosón – Wino , Z bosón – Zino y finalmente higgsino tendrá Higgsino .
En resumen, podemos decir que cada partícula de materia fundamental (fermiones) debería tener una partícula portadora de fuerza “sombra” masiva (bosones supercompañeros), y cada portador de fuerza (bosones) debería tener una partícula de materia “sombra” masiva (fermiones supercompañeros).
Lo que hace que la fuerza fuerte de rango pequeño, o la fuerza débil incluso de rango más pequeño, y también electromagnética sea una fuerza de rango corto. Por supuesto, la resistencia enfrentada por la fuerza que transporta partículas de estas fuerzas respectivas, debido a que Higgs hace que estas fuerzas de corto alcance.
Pero si se confirman las partículas supersimétricas, entonces las matemáticas muestran que estas tres fuerzas fundamentales han tenido exactamente la misma fuerza a energías muy altas, como en el universo primitivo. Uniendo así las 3 fuerzas fundamentales como la Gran teoría unificada (GUT) , que es un sueño hecho realidad para los físicos y un paso más cerca de TOE.
SUSY y Dark Matter:
Sabemos que las galaxias están circulando a velocidades muy rápidas, y la gravedad total de todas las estrellas y planetas en las galaxias no es suficiente para mantener la galaxia en su forma. Significa que un poco de materia extra mantiene intacta la galaxia al proporcionar algo de gravedad adicional. Esa gravedad adicional es proporcionada por materias oscuras. No absorben ni emiten luz, por lo tanto, oscuridad. Pero tienen que estar presentes allí, de lo contrario, de dónde viene la gravedad extra.
Se cree que la partícula SUSY más ligera sería un buen candidato para la materia oscura. Entonces, encontrar el SUSY Los socios de LHC o Fermi Lab resolverán muchos misterios.
¿Qué está pasando en LHC – Large Hadron Collider?
¿Recuerdas las canicas coloridas de tu infancia?
¿Qué harías si quisieras esos coloridos cristales del interior de esas canicas? Probablemente tomaría dos canicas y las golpearía entre sí con tanta fuerza que esas canicas se romperían, y luego podrá sacar esa parte colorida desde adentro muy fácilmente.
El principio en LHC es simple. Rompa la tapa y vea lo que está escondido adentro.
El LHC hace lo mismo con las partículas. LHC toma los protones y permite que esos protones viajen dentro del LHC con una velocidad increíblemente rápida, y chocan entre sí. En una colisión, participan millones de tales protones. Muy pocos protones tendrán una colisión completa de cabeza a cabeza, y debido a la colisión total de cabeza a cabeza, esos protones se desintegran en varias otras partículas más pequeñas.
En 2012, los científicos del CERN (LHC está en el CERN) pudieron verificar experimentalmente una partícula muy importante y teórica conocida como Higgs Bosons, también murmurada como God Particle. Tomó más de 40 años confirmar experimentalmente el Bosón de Higgs y el premio Nobel a Peter Higgs, ya que es una predicción / descubrimiento teórico.
Mi otra respuesta para saber más sobre los bosones de Higgs está aquí.
Después de eso, el LHC se cerró para aumentar la gradación y las mejoras. Recientemente, LHC se inició nuevamente, y esta vez intentará descubrir el misterio detrás de la supersimetría para apoyar la teoría de cuerdas , la energía oscura y los gravitones. (La respuesta de Vivek Keshore a ¿Qué es la energía oscura? ¿Por qué es importante?)
¿Cómo LHC detectará Graviton si no está vinculado a la tela o nuestro universo ?
Algunas veces la ausencia de algo puede ser verificada u observada por la presencia de alguna otra cosa .
Por ejemplo, supongamos que el control remoto de su televisor funciona con dos baterías y falta una batería. abrió la tapa de la batería desde la parte posterior del control remoto de su televisor para reemplazar la batería, y al mismo tiempo se cortó la alimentación y se oscureció, no puede ver nada. Ahora, cómo se asegurará de que en las dos ranuras de la batería falte la batería. Tocarás con los dedos y sentirás el espacio vacío de la ranura. Por lo tanto, la ausencia de batería se puede observar por la presencia de espacio vacío dentro de la ranura.
Einstein ha dicho y demostrado que la masa y la energía son lo mismo. Todo es energía, y la energía nunca se puede crear ni destruir, solo puede cambiar su forma. Eso se conoce como conservación de energía.
Cuando colisionamos las partículas o protones dentro del LHC, sabemos la energía a la cual los protones se están colisionando. Después de la colisión, medimos la energía pura emitida, otras partículas y su energía asociada. Según la ley de conservación, la energía no puede destruirse ni crearse, por lo que la energía total medida debería ser igual a la energía de los protones antes de la colisión. Y si eso no es igual, significa que falta algo de energía. Esa energía faltante podría ser el Gravitón. Por supuesto, no es tan simple como parece. Implica computación masiva y muchos cálculos. Pero ver la idea, la ausencia de energía faltante, podría llevarnos a la presencia de Graviton.
En muchos lugares no he entrado en detalles para mantenerlo simple e intenté responder en términos simples. Críticas, errores, mejoras y sugerencias son bienvenidas en la sección de comentarios.
Quiero citar una línea dicha por un caballero conocido como Richard Feynman.
Editar : abordar una pregunta desde la sección de comentarios.
Pregunta: Por cierto, ¿podría explicar nuevamente cómo los bosones Z&W son responsables de las fuerzas nucleares débiles? ¿La función de las fuerzas nucleares débiles es solo debilitar la fuerza nuclear fuerte o impulsa por separado los protones fuera del núcleo?
No mencioné mucho acerca de cómo los bosones Z y W son responsables de la fuerza débil, ya que no quería complicarla. Pero, déjenme intentar explicarlo en detalle y de forma simple.
Sabemos que el núcleo de los átomos contiene protones y neutrones. También sabemos que durante la radiactividad, un núcleo más grande se desintegra en dos núcleos más pequeños.
Sabemos que la fuerza fuerte es una fuerza de muy corto alcance, es tan corta que para núcleos más grandes, puede que no cubra todo el núcleo. Si la fuerza fuerte no es suficiente para sostener el núcleo más grande, entonces la repulsión electrostática entre protones (la misma carga se repele) debería ser capaz de romper el núcleo. Parece razonable. En términos simples, podemos decir que 4 se ha convertido en 2 + 2.
Ahora la parte problemática. Cuando Marie Curie estaba estudiando materiales radiactivos, notó que los núcleos más grandes se desintegran en núcleos pequeños, pero también emitía una radiación de alta energía (desintegración beta) . ¿De dónde viene esa radiación? La radiación es una forma de energía, y la energía no puede ser creada, es contra la ley de conservación de la energía. En términos generales, se puede decir que 4 se ha convertido en 2 + 2 + 1, lo que no es posible.
Enrico Fermi también estaba estudiando la desintegración beta. Estudió que el único neutrón se descompuso en protón y electrón , pero muchas veces la energía del electrón era diferente, mientras que debería ser la misma. Luego, Fermi propuso la partícula de neutrino, y sugirió que si el neutrón puede emitir tanto neutrino como electrón, entonces el neutrino tomará parte de la energía . (Mi otra respuesta al neutrino aquí).
Inicialmente se pensó que al igual que los fotones son responsables del electromagnetismo, los neutrinos son responsables de la desintegración beta. Pero, cuando se descubrieron los quarks y se encontró el modelo de quarks de protones y neutrones, toda la historia dio un giro repentino .
Recuerde el modelo estándar, ¿ve protones y neutrones en ese modelo? No esta bien. Porque los protones y los neutrones están formados por otras partículas fundamentales conocidas como quarks. Tanto el neutrón como el protón están compuestos por 3 quarks.
Protón – 2 quarks arriba + 1 quark abajo
Neutron – 2 quarks abajo + 1 quark arriba
El quark up y el quark down también poseen cargas eléctricas. Arriba quark: +2/3, abajo quark -1/3
Protón: 2 x (2/3) + (-1/3) = +1 carga de (Protón )
Neutron: 2 x (-1/3) + (2/3) = 0 carga de Neutron (neutral)
Imagina que pudieras cambiar uno de los quark down en neutrones a up quark, entonces se convertirá en un protón, ¿no? Viceversa, si pudieras cambiar uno de los quark up de protón a un quark down, se convertirá en un neutrón.
De alguna manera, el mismo tipo de intercambio de quarks debe estar ocurriendo en la naturaleza. ¿Pero cómo? Se pensó que algún tipo de fuerza (más tarde llamada fuerza débil ) debe ser responsable de este fenómeno. Cada fuerza debe ser transportada por algunas partículas . Hay un cambio en la masa de partículas durante la desintegración radiactiva, lo que significa que la partícula portadora de fuerza débil también debe contener algo de masa.
Más tarde se descubrió que, de hecho, la partícula portadora de fuerza débil contiene algo de masa y carga también . El descubrimiento de los bosones Z y W como partículas débiles portadoras de fuerza, donde Z es neutral pero W tiene dos sabores, W + y W- (con carga eléctrica) .
Recuerde que los quarks también tienen carga eléctrica . Ahora tenemos algo que puede interactuar con los quarks arriba y abajo de neutrones y protones, y así intercambiar quarks arriba y abajo, en función de la carga del bosón W.
Los bosones W cargados interactúan con los quarks y, por lo tanto, les permiten cambiar su masa y carga. Durante esta interacción entre los quarks y los bosones W, parte de la masa se convierte en energía , lo que responde al misterio detrás de la radiación de alta energía durante la desintegración beta.
No habríamos existido sin una fuerza débil.
En nuestro sol, cuando dos protones se unen, estarían juntos por un breve momento y luego se irían, porque la fuerza fuerte podría no ser suficiente para mantener esos dos protones juntos. Pero, durante ese breve momento cuando dos protones están juntos, la fuerza débil interactúa con los protones y un protón se descompone en neutrones, positrones y neutrinos. La fuerza fuerte puede mantener unido un deuterio, y las colisiones con el deuterio eventualmente conducen a helio. Así es como obtenemos energía del sol, y también de la lluvia de neutrinos.