Los Misterios De La Masa 1

1. ENTRE LA MASA DE ELEFANTE AFRICANO MACHO (cerca de
6000 kilogramos) y la de la especie más pequeña de hormiga
(0,01 miligramos) hay más de once órdenes de magnitud de
diferencia, la misma aproximadamente que entre el quark cima
y el neutrino. Sigue ignorándose por qué las masas de las partículas elementales
difieren en una cantidad tan grande.
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INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, septiembre, 2005

MLos misterios
de la

uchos creen que saben qué es la masa, pero entienden sólo una parte
de la historia. Está claro que un elefante abulta y pesa más que una
hormiga. Incluso en ausencia de la gravedad, tendría mayor masa y
costaría más empujarlo y ponerlo en movimiento. Su masa es mayor
porque consta de muchos más átomos que la hormiga. Pero, ¿qué
determina las masas de cada átomo? ¿Y de laspartículas elementales
que constituyen los átomos? Más aún: ¿por qué tienen masa?
El problema de la masa consta, pues, de dos caras: el origen de la masa y la especificidad de la masa de cada partícula. La originan, por lo menos, tres mecanismos
diversos, que describiré más adelante. A una nueva clase de campo, que impregna la
realidad entera, le corresponde un papel clave en las teorías provisionalessobre la masa:
el campo de Higgs. Según se cree, las masas de las partículas elementales se deben a
la interacción con el campo de Higgs. Si existe, la teoría exige que tenga una partícula
asociada, el bosón de Higgs. Se la está buscando ahora con los aceleradores.
La otra cara del problema de la masa consiste en saber por qué las diversas especies
de partículas elementales tienen sus cantidadesespecíficas de masa. Esas masas intrínsecas abarcan por lo menos once órdenes de magnitud, pero todavía no sabemos la
razón de ello. Para comprender la magnitud de esa disparidad, adviértase que la masa
de un elefante y la de la más pequeña de las hormigas difieren también en unos once
órdenes de magnitud.

¿Qué es la masa?

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de
de

Isaac Newton presentó una
primeradefinición científica de la masa en 1687 en
los Principia: “La cantidad
de materia es la medida
de la misma que nace de
su densidad y su volumen
conjuntamente”. Esa definición, muy elemental, les
bastó a Newton y a todos
los científicos durante más
de 200 años. Entendían que
la ciencia debe proceder
primero a describir qué sucede y sólo más adelante
ha de entender por qué. En
años recientes, sinembargo, el porqué de la masa
se ha convertido en asunto
que la física ha de investiestá buscando una partícula esquiva, que revelaría la presencia
gar. Conocer el significado
un campo que impregna toda la realidad. Si encontráramos este campo
y los orígenes de la masa
completará y extenderá el
Higgs, conoceríamos mejor la naturaleza del universo
modelo estándar de la física
de partículas, la bienasentada teoría que describe las
Gordon Kane
partículas elementales conocidas y sus interacciones.
Resolverá también el misterio de la materia oscura, que constituye cerca de una
cuarta parte del universo.
La concepción moderna de la masa es mucho más intrincada que la definición de
Newton. Se basa en el modelo estándar. La parte esencial del modelo estándar es
una función matemática, un“lagrangiano”, que representa las interacciones entre las
partículas. Con esa función, siguiendo las reglas de la teoría cuántica relativista, se
puede calcular el comportamiento de las partículas elementales, incluida su unión para
formar partículas compuestas, entre ellas los protones y los neutrones. Lo mismo para
las partículas elementales que para las compuestas, podremos calcular su comportamiento cuandoexperimentan fuerzas. Para una fuerza F podremos escribir la ecuación
de Newton F = ma, que relaciona la fuerza, la masa y la aceleración resultante. El lagrangiano nos indica qué hay que utilizar por m en la ecuación; eso es lo que se quiere
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otras partículas, éstas sin masa, los
gluones. Aunque los constituyentes
están moviéndose dentro de cada...