2o ciclo ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

[Everett IV]

¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la Naturaleza? ¿ Y cómo sabemos el error que se comete al omitir la relatividad general en teoría cuántica de campos, ignorando el gravitón?

[pod]

Re: ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la Naturaleza?

Este es el tipo de pregunta donde Carroza puede aportar muchos más detalles. Mientras tanto:

Hay algunos procesos de desintegración que se pueden producir por las diferentes interacciones. Esa desintegración tendrá probabilidades muy diferentes si se produce mediante la interacción fuerte o si lo hace a través de la electrodébil, pero las diferentes interacciones contribuyen al ritmo de desintegración total. Se comprueba experimentalmente que el ritmo de desintegración calculado coincide con el actual. Si hubiera más interacciones, y estas mismas partículas pudieran participar en ellas, entonces el ritmo de desintegración seria diferente.

Sigue abierta la posibilidad de que aparezcan nuevas interacciones entre otros tipos de partículas más exóticos. Por ejemplo, algunas de las partículas extras que aparecen en extensiones supersimétricas. No es extraño ver artículos (serios) de vez en cuando que tratan esta posibilidad. Pero todo esto aún está en fase de construcción teórica. Hasta donde yo sé, la mejor respuesta hasta el nivel de nuestros experimentos actuales es la que he intentado dar en el párrafo anterior.

¿ Y cómo sabemos el error que se comete al omitir la relatividad general en teoría cuántica de campos, ignorando el gravitón?

[Everett IV]

Re: ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

¿Y esas partículas, cómo sabemos a qué escala de energía pueden aparecer. En cuanto a la 2ª pregunta sobre el gravitón, me aparece la cita pero no consigo leer la respuesta

[pod]

Re: ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

¿Y esas partículas, cómo sabemos a qué escala de energía pueden aparecer.

En el caso de supersimetría, las estimaciones más optimistas dicen que debería estar a escalas accessibles o cercanas al LHC (de ser mucho más alto la SUSY no podría resolver el problema de la jerarquía). Así que es posible que en los próximos años sepamos algo experimental.

En cuanto a la 2ª pregunta sobre el gravitón, me aparece la cita pero no consigo leer la respuesta

No te aparece porque no la escribí...

Puedes hacerte una idea comparando las ecuaciones clásicas para las interacciones más sencillas. La constante de la gravitación universal (G, de orden $10^{-11}$ en el SI) con la constante de la ley de Coulomb ($K = \frac1{4\pi\epsilon_0}$, de orden casi $10^{10}$); unos 20 ordenes de magnitud sólo en las constantes. Por ejemplo en un electrón, la carga es de orden $10^{-19}$ y su masa de orden $10^{-31}$, siempre en el SI. Esto son 12 ordenes de magnitud más; así que podemos imaginar que habría por lo menos 30 ordenes de magnitud de diferencia.

[Everett IV]

Re: ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

En el caso de supersimetría, las estimaciones más optimistas dicen que debería estar a escalas accessibles o cercanas al LHC (de ser mucho más alto la SUSY no podría resolver el problema de la jerarquía). Así que es posible que en los próximos años sepamos algo experimental.

No sé qué es el LHC ni la supersimetría, así que si me puedes dar el orden de magnitud más bajo en el que se podría encontrar, es sólo una curiosidad [/QUOTE]

Puedes hacerte una idea comparando las ecuaciones clásicas para las interacciones más sencillas. La constante de la gravitación universal (G, de orden $10^{-11}$ en el SI) con la constante de la ley de Coulomb ($K = \frac1{4\pi\epsilon_0}$, de orden casi $10^{10}$); unos 20 ordenes de magnitud sólo en las constantes. Por ejemplo en un electrón, la carga es de orden $10^{-19}$ y su masa de orden $10^{-31}$, siempre en el SI. Esto son 12 ordenes de magnitud más; así que podemos imaginar que habría por lo menos 30 ordenes de magnitud de diferencia.

Pero, ¿no habría que tener en cuenta también la masa del gravitón a la hora de estimar el orden de magnitud?. En el campo eléctrico, aparte de la constante de acoplamiento k, hay que tener en cuenta las cargas. Aquí, como es el campo gravitatorio y acelera por igual a todos los cuerpos, sólo necesitaríamos la masa del gravitón, la de la otra partícula no intervendría, ¿Por qué no es necesario tener en cuenta la masa del gravitón?

[pod]

Re: ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

No sé qué es el LHC ni la supersimetría, así que si me puedes dar el orden de magnitud más bajo en el que se podría encontrar, es sólo una curiosidad

Podría rondar los 1000GeV. Pero de eso no hay nada confirmado.

Pero, ¿no habría que tener en cuenta también la masa del gravitón a la hora de estimar el orden de magnitud?. En el campo eléctrico, aparte de la constante de acoplamiento k, hay que tener en cuenta las cargas. Aquí, como es el campo gravitatorio y acelera por igual a todos los cuerpos, sólo necesitaríamos la masa del gravitón, la de la otra partícula no intervendría, ¿Por qué no es necesario tener en cuenta la masa del gravitón?

Tener en cuenta la masa del gravitón en gravedad sería lo mismo que tener en cuenta la carga eléctrica del fotón en electromagnetismo.

Recuerda que el gravitón, según todas las teorías que hoy en día son candidatas a quantificar la gravedad, tiene masa cero.

[Everett IV]

Re: ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

Es verdad, el gravitón no tiene masa, pero aparte de la constante de acoplamiento si hay que tener en cuenta la masa del objeto que atrae, eso reduciría la diferencia tan grande de ordenes de magnitud. Imaginate la atracción de una estrella muy pesada, a lo mejor ahí se notaba un poco la influencia, no sé, porque la astrofísica no es lo mío y no sé qué ordenes de magnitud tienen las masas de las estrellas más grandes. Y por otro lado, ¿no puede haber, en una colisión de partículas a las energías en las que se trabaja, alguna partícula rara dificil de ver, porque tiene poca probabilidad al hacer el cálculo de su aparición en su diagrama de Feymann?

[pod]

Re: ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

Es verdad, el gravitón no tiene masa, pero aparte de la constante de acoplamiento si hay que tener en cuenta la masa del objeto que atrae, eso reduciría la diferencia tan grande de ordenes de magnitud. Imaginate la atracción de una estrella muy pesada, a lo mejor ahí se notaba un poco la influencia, no sé, porque la astrofísica no es lo mío y no sé qué ordenes de magnitud tienen las masas de las estrellas más grandes.

Has preguntado el efecto que tendría en Teoría cuántica de campos. La TCC (o QFT en siglas internacionales) no se usa para describir la interacción de un electrón con una estrella.

La QFT se aplica, por ejemplo, en las estrellas de neutrones (que son supermasivas) y, hasta donde sé, funciona bien. Donde sería necesario cuantizar la gravitación es en las situaciones donde aparecen singularidades (agujeros negros, big bang, etc.). Las singularidades son la forma que tiene la gravedad de decir "eh, para este problema tienes que cuantizarme".

Y por otro lado, ¿no puede haber, en una colisión de partículas a las energías en las que se trabaja, alguna partícula rara dificil de ver, porque tiene poca probabilidad al hacer el cálculo de su aparición en su diagrama de Feymann?

No tengo muy claro que quieres decir con que "pueda haber alguna partícula rara difícil de ver". Sabemos que nuestras teorías actuales no son "las últimas", y que debe existir Física más allá de ellas. Esa nueva Física muy probablemente contiene partículas con masas superiores a la energía disponible actualmente y, por ende, "difíciles de ver".

[carroza]

Re: ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

Hola.

Cuando comparas las intensidades de las fuerzas de la naturaleza, debes tomar el mismo sistema como referencia.

Por ejemplo, si consideras dos protones a una distancia de un fermi (10^-15 m),

la interaccion fuerte vale del orden de 100 MeV.
la interaccion electromagnetica vale del orden de 1 MeV.
la interaccion debil vale del orden de 10^-4 MeV
la interaccion gravitatoria vale del orden de 10^-34 MeV


La probabilidad de producir una particula en una colision depende del cuadrado de la interacción que la produce. Si hubiera particulas nuevas en el rango explorado experimentalmente (por debajo de 500 GeV), y estas se produjeran por las interacciones conocidas (en particular, la debil), estas se hubieran detectado ya. Lo que se ha visto es el bosón de Higgs, pero nada más.

Si se descubre algo nuevo entre 500 GeV y 1 TeV está por descubrir. Se debe ver esta zona con el aumento de energía del LHC.

Saludos

[Everett IV]

Re: ¿Cómo sabemos que sólo hay 4 fuerzas en la naturaleza?

Has preguntado el efecto que tendría en Teoría cuántica de campos. La TCC (o QFT en siglas internacionales) no se usa para describir la interacción de un electrón con una estrella.

Efectivamente, en la interacción con una estrella no se usa la cuántica pero porque es despreciable. Ahí el orden de magnitud de la interacción nuclear y eléctrica es despreciable, pero ¿en qué orden de magnitud? Porque para calcular ese orden de magnitud ahí si hay que contar con el valor de las cargas eléctricas y nucleares, ¿no?

No tengo muy claro que quieres decir con que "pueda haber alguna partícula rara difícil de ver". Sabemos que nuestras teorías actuales no son "las últimas", y que debe existir Física más allá de ellas. Esa nueva Física muy probablemente contiene partículas con masas superiores a la energía disponible actualmente y, por ende, "difíciles de ver".

Pero me refiero a que haya nuevas partículas a las energías que alcanzamos actualmente a observar, sería muy poco probable pero alrededor de qué probabilidades habría de que existieran y aún no hubieran "aparecido"