Pensándolo bien...
Algunos, erróneamente, piensan que la Ciencia ofrece soluciones definitivas. Craso error. Si fuera así, sería ciencia y no Ciencia. La observación, que marca la dirección y la repetibilidad deciden. La observación está sujeta a la capacidad de escrudiñar, que a su vez depende del conocimiento acumulado, la audacia y la tecnología para llevarla a cabo. La repetibilidad implica el acierto en la interpretación que es capaz de responder previendo y pronosticando la ocurrencia del evento o el proceso. Si cambia algún aspecto en cualquiera de ellas o la disposición tecnológica permite profundizar donde solamente se había tenido acceso más superficial, cambiará la perspectiva el pronóstico o la concepción. Y esto, ocurre todos los días, en cada momento y en cada instante. Otra cosa es que el pronóstico que permite la Ciencia, en cualquier de sus estadios, es más ajustado que cualquier otra opción y, como no, las que se formulan desde la especulación, la ocurrencia o la ignorancia, que también es frecuente.
Así que, el edificio de la Ciencia está en construcción y no se acaba nunca. El nacimiento de la Cuántica es un buen ejemplo de ello. Cuando, y no era la primera vez, la humanidad reinante pensaba que ya todo era conocido y solamente se trataba de aplicar lo conocido conceptualmente a casos concretos, surgió un interrogante como una carga de profundidad, cual fue el carácter indómito de la radiación, que no se sujetaba a los estándares conocidos. Wien, Stefan Boltzmann y Planck aportaron significativamente para explicar qué es lo que ocurría. Había ocurrido antes con Laplace y el determinismo filosófico que, amparándose en la descripción material de Newton, interpretó que todo consistía en disponer de un superser capaz de conocer la posición de todas las partículas de un sistema, incluido en el concepto el propio Universo, y sus velocidades para, integrando la ecuación de la dinámica de Newton, conocer su pasado y su futuro. Recordemos la frase lapidaria de Laplace en contestación al interrogante de Napoleón sobre dónde encajaba Dios en las ecuaciones de Laplace, “Dios no tiene cabida en mis ecuaciones”. Pero la Física Clásica solamente fue un peldaño más de la Ciencia en su devenir histórico. Planck dio otro empujón cuando se volvía a incidir en la óptica de que todo se conocía. Lo dicho, la Ciencia es un armazón racional en construcción.
El mundo de las partículas es particularmente fértil en Física. Hay muchas categorías de partículas dependiendo del contexto teórico o experimental. Desde exóticas como las propuestas en el problema de violación de la simetría CP en la cromodinámica cuántica, por cierto candidatas a participar en la materia oscura, hasta partículas supersimétricas predichas en las teorías de la supersimetría que incluyen al fotino, como supercompañero del fotón y al gravitino o los taquiones que de forma hipotética viajarían superando la velocidad de la luz, aunque sin ninguna evidencia experimental, por el momento. Por otro lado las partículas compuestas están formadas por combinaciones de otras partículas fundamentales como los hadrones que participan de quarks, que agrupados en tríos como protones o neutrones se denominan bariones y cuando están formados por un quark y un antiquark se denominan mesones. En el caso de estar ligados cuatro o cinco quarks, descubiertos en la última década, se denominan tetraquarks y pentaquarks. Las denominadas partículas virtuales no son partículas en el sentido convencional del término y aparecen como intermediarios en las interacciones cuánticas plasmadas en los diagramas de Feynman e inobservables directamente por su tiempo de vida extremadamente pequeño. Hay partículas hipotéticas relacionadas con la gravedad como el gravitón portador de la fuerza gravitacional en un marco cuántico o las partículas de Kaluza-Klein predichas en teorías de dimensiones extra compactadas. Agregamos las partículas emergentes, propias de los sistemas de materia condensada, que se comportan como cuasipartículas, como son los excitones, que representan a los electrones unidos a huecos, los fonones que describen vibraciones colectivas de un sólido o los magnones, asocidas con ondas de espín. Una extensión del modelo estándar incluye los neutrinos estériles, que interactúan únicamente a través de la gravedad y podrían estar relacionados con la materia oscura. Cada categoría tiene implicaciones específicas en la física teórica y experimental.
Imagen creada con ayuda de ChatGPT con DALL-E
Un reciente trabajo de Hazzard y Wang publicado en Nature, aborda un aspecto fascinante y emergente de la Fisica: la posibilidad de parapartículas que emergen en sistemas de materia condensada. Estas parapartículas no serían partículas fundamentales en el sentido tradicional, como los fermiones o los bosones, sino cuasipartículas que exhiben propiedades matemáticas distintas y complejas, ampliando nuestra comprensión de los sistemas físicos. La existencia de las parapartículas no es nueva y ya se conjeturaron en los años 1930 y 1940. De hecho, en 1953 ya se formuló una teoría cuántica para estas partículas.
Las partículas fundamentales (como electrones y quarks) son los bloques básicos del Universo. Las cuasipartículas son excitaciones colectivas dentro de materiales que, aunque no son partículas fundamentales, se comportan como partículas en un marco matemático. Ejemplos clásicos son los citados fonones (vibraciones colectivas) y excitones (pares electrón-hueco).
Las parapartículas son una extensión teórica basada en modelos matemáticos avanzados. Surgen en sistemas de materia condensada donde las excitaciones colectivas tienen propiedades únicas que no se ajustan estrictamente al comportamiento de fermiones o bosones. Hazzard y Wang, de la Universidad Rice en Estados Unidos, utilizaron herramientas avanzadas para formular estos modelos, como Álgebras de Lie, que son estructuras matemáticas fundamentales en física teórica, usadas para describir simetrías; álgebras de Hopf, que aportan un marco algebraico que generaliza ciertas operaciones en matemáticas y es crucial en la teoría cuántica; la teoría de la representación, que describe cómo las estructuras algebraicas abstractas se representan como operaciones concretas en sistemas físicos o los diagramas de red tensor, que son herramientas visuales que facilitan el manejo de ecuaciones complejas asociadas con sistemas de muchos cuerpos.
Los bosones, como los fotones y el bosón de Higgs obedecen a la estadística de Bose-Einstein. Pueden existir en un estado cuántico en número ilimitado. Los fermiones, como los electrones y los quarks, están sujetos a la estadística de Fermi-Dirac y responden al principio de exclusión de Pauli que implica que en un estado no pueden haber, dos fermiones con los números cuánticos iguales. La Tabla periódica se construye al amparo de este principio.
La investigación de parapartículas puede llevar al descubrimiento de materiales con propiedades novedosas, como superconductividad a altas temperaturas o nuevos estados cuánticos de la materia. Aunque estas cuasipartículas no desafían directamente el modelo estándar de partículas fundamentales, sí expanden nuestra comprensión de cómo emergen las propiedades cuánticas en sistemas complejos. Aunque el marco teórico es sólido, detectarlas experimentalmente presenta desafíos significativos. Esto requiere propuestas más concretas para experimentos viables en laboratorio, lo cual podría dilatarse en el tiempo.
El descubrimiento y análisis de parapartículas podrían abrir un nuevo campo de estudio en la Física. Si logramos crear y observar parapartículas en un laboratorio, podríamos estar ante un avance que transforma nuestra forma de entender la Física Cuántica y los materiales.
Si bien la mayor parte de partículas son bosones o fermiones, la Naturaleza es ajena a esta clasificación. Lo que Hazzard y Wang han explorado es la posibilidad de existencia de parapartículas en cuasipartículas – excitación en materiales simulados matemáticamente y reproduciendo las mismas propiedades matemáticas que las partículas. La cuestión relevante y novedosa es la concepción de que las partículas no solamente son fundamentales, sino que son importantes en la capacidad de descripción de las propiedades de los materiales.
Sopa de letras: SIEMPRE HAY ALGO MÁS: PARAPARTÍCULAS
Soluciones: LA REVOLUCIÓN DE LOS MARCADORES DE ADN