Quinta fuerza. Pescadilla
1989/12/01 Legarreta, J. A. Iturria: Elhuyar aldizkaria
Según la teoría de Big Bang, el momento en que toda la masa del universo y toda la energía estaba concentrada en un punto (“momento cero”) fue entonces cuando las cuatro fuerzas (gravitatorio, electromagnético, nuclear débil y violento) que conocemos hoy en día estaban unificadas. La inestabilidad de esta situación provocó la explosión más intensa que se produjo, rompiendo cuatro interacciones o la convergencia de estas fuerzas a 10 -11 segundos de la expansión del universo.
El principal reto actual de los físicos consiste en obtener una teoría unificada de estas cuatro fuerzas, separadas en tan poco tiempo. Este proceso de unificación es intrínsecamente obstaculizado, pero si se demuestra la influencia de la quinta fuerza, los físicos tendrán que superar aún más la dificultad para encontrar la única fuerza que dirige el universo. Según los expertos, esta única fuerza puede ser la base del universo. Es más, esta única fuerza tuvo la capacidad de crear el universo, es decir, fue la causa de la Gran Explosión y dependían de la misma luz, materia, energía, estructura y espacio/tiempo del universo en el momento de su nacimiento. ¿Sólo será un sueño?. Vamos a verlo.
Hoy conocemos cuatro interacciones. Digamos que alrededor de 300 años y muchos esfuerzos han sido necesarios para conocerlos bien.
Una de las preocupaciones de los físicos es conseguir una teoría común de las cuatro interacciones que gobiernan el universo. Pero el deseo de conseguir una teoría unificada fue muy pesado, E. Cuando Fischbach anunció en enero de 1986 la existencia de la quinta fuerza. ¿Pero en qué consiste esta quinta fuerza?
Como es sabido, para todos los cuerpos materiales se definen dos tipos de masas. La masa inercial es aquella que se opone al cambio de movimiento del cuerpo afectado por una fuerza. La masa gravitatoria es la que representa la fuerza gravitatoria entre dos objetos.
Por convenio, la masa inercial y la gravitacional se consideran iguales. Pero en el estudio que el barón húngaro Lorand Eötvös publicó antes de la Primera Guerra Mundial, expuso algunos cambios en cuanto a la equivalencia entre masa gravitatoria e inercial. En sus experimentos utilizó diferentes materiales y midió pequeñas diferencias entre ambos tipos de masas. Sin embargo, la equivalencia entre ambos tipos de masas estaba muy arraigada, L. Eötvös pensó que los resultados obtenidos no fueron demasiado importantes y sólo fueron resultado de una mala medición experimental.
Frank D. de la Universidad de Queensland. Stacey fue un físico australiano que retomó esta cuestión en los años 80. Realizó experimentos para medir los cambios gravitatorios que se producen a medida que se desplazan hacia el centro de la Tierra y descendió hasta los 2.000 m. La gravedad disminuía más rápido de lo previsto por la ley de Newton. Más aún, la constante de gravitación universal (considerada constante universal) a esta profundidad era un 1% menor que en la superficie terrestre. F. Stacey atribuyó estas diferencias a los errores que cometió en sus mediciones o, quizás, las anomalías gravitatorias provocadas por los yacimientos de metales presentes en los alrededores falsificaron los resultados de sus experimentos.
Pero E. Fischbach en 1985 L. Resultados de Eötvös y F. Stacay afirmó que eran correctas y acusó a la quinta fuerza, que crea una masa gravitatoria algo menor que la inercial. Sus experimentos gravimétricos demostraron que sería una fuerza repulsiva y su intensidad 100 veces menor que la de la fuerza gravitatoria. Lo curioso sería que, en lugar de depender de la masa de los cuerpos, como en el caso de la fuerza de gravedad, sería función de su estructura atómica, el número variónico de los materiales. Recordemos que el número bariónico es la suma del número de neutrones y protones del núcleo atómico.
De hecho, si se demostrara la existencia de esta quinta fuerza, en el vacío caería algo más de 1 kg de plomo (82 protones, 125 neutrones) que 1 kg de aluminio (13 protones, 13 neutrones). Por lo tanto, deberíamos utilizar muy buena instrumentación para detectar la influencia de la quinta fuerza, ya que la intensidad de la fuerza de gravedad es 100 veces mayor, por lo que se superaría en todos los experimentos.
Parece haber un gran debate entre los físicos, unos a favor y otros en contra. Hay quien dice que en lugar de ser repelente es atrayente. Pero, en definitiva, lo que confirma o niega una teoría es la experimentación, y en este caso hay dos medios de prueba: la investigación gravimétrica, F. Lo que utiliza Stacey y la investigación diferencial. La investigación diferencial permite conocer la relación entre la quinta fuerza y la composición de la materia a la que afecta.
La mayoría de los experimentos realizados desde el año 1985 han sido de tipo secundario y se han obtenido resultados contradictorios. De hecho, la quinta fuerza afecta de manera diferente a cuerpos de diferente composición atómica, y a pesar de que en los experimentos realizados con distintos materiales se han obtenido resultados optimistas, con otros no se han obtenido resultados satisfactorios. Es más, los resultados obtenidos en experimentos que demuestran la existencia de la quinta fuerza no coinciden en intensidad y campo de acción.
Investigadores de Estados Unidos de Nueva York han llevado a cabo estudios en Groenlandia sobre la quinta fuerza y han reconstruido F en los hielos polares. El experimento de Stacey, al descubrir que, al igual que él, la gravedad disminuye un poco más rápidamente de lo que la teoría de Newton prevé. Los físicos atribuyen estos resultados a la quinta fuerza. Su intensidad es del 2% o 3% de la fuerza de gravedad y su campo de acción es de hasta 500 m. En cualquier caso, el geofísico director del experimento, Mark Ander, no está muy a gusto y actúa con prudencia haciendo referencia a las vicisitudes observadas, sin pronunciarse a favor ni en contra.
En la actualidad se están llevando a cabo nuevos experimentos, uno de ellos en el Sur, ya que el hielo del Sur es dos veces más compacto y uniforme que el de Groenlandia. Los investigadores tienen previsto descender hasta los 4.000 m de profundidad y esperan poder realizar experimentos fiables (dos veces más fiables que los realizados en Groenlandia). Otro de los experimentos interesantes está previsto realizar en el CERN (Centro de Investigación Nuclear) de Ginebra. Se está investigando la caída de protones y antiprotones y si la quinta fuerza existiera, el antiprotón caería más rápido que el protón.
La verdad es que estamos ante una fuerza misteriosa cuya existencia es incierta. En cualquier caso, no es excluyente y muchos investigadores expertos creen que existe.
Para terminar diremos que los físicos que trabajan en el Laboratorio de Geofísica de Massachusetts en Estados Unidos han encontrado otra fuerza. Esta sexta fuerza se estima que alcanza los 200 m de altura y es una atracción. Para Frank Stacey, la quinta y la sexta fuerza formarían parte de la fuerza de la gravedad y su pequeña intensidad y campo de acción no afectarían a la ley de Newton.
Pero las cosas se complican para los físicos que trabajan en la teoría conjunta de las cuatro interacciones. De hecho, si estas cuatro fuerzas son difíciles de conjugar, ahora con las cinco se enfrentarán a un desafío mucho más complicado, si estas quintas y sexta fuerzas no son cadenas perdidas (que permitieron a Einstein unificar fuerzas electromagnética y gravitatoria).
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