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Abr

30

¿Dónde estaba la materia perdida?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (13)

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Los físicos se vieron durante mucho tiempo turbados por el hecho de que a menudo, la partícula beta emitida en una desintegración del núcleo no alberga energía suficiente para compensar la masa perdida por el núcleo.  En realidad, los electrones no eran igualmente deficitarios.  Emergían con un amplio espectro de energías, y el máximo (conseguido por muy pocos electrones), era casi correcto, pero todos los demás no llegaban a alcanzarlo en mayor o menor grado.  Las partículas alfa emitidas por un nucleido particular poseían iguales energías en cantidades inesperadas.  En ese caso, ¿qué era errónea en la emisión de partículas beta? ¿Qué había sucedido con la energía perdida?

En 1.922, Lise Maitner se hizo por primera vez esta pregunta, y, hacia 1.930, Niels Bohr estaba dispuesto a abandonar el gran principio de conservación de la energía, al menos en lo concerniente a partículas subatómicas.  En 1.931, Wolfgang Pauli sugirió una solución para el enigma de la energía desaparecida.

Tal solución era muy simple: junto con la partícula beta del núcleo se desprendía otra, que se llevaba la energía desaparecida.  Esa misteriosa segunda partícula tenía propiedades bastante extrañas.  No poseía carga ni masa.  Lo único que llevaba mientras se movía a la velocidad de la luz era cierta cantidad de energía.  A decir verdad, aquello parecía un cuerpo ficticio creado exclusivamente para equilibrar el contraste de energías.

Sin embargo, tan pronto como se propuso la posibilidad de su existencia, los físicos creyeron en ella ciegamente. Y esta certeza se incrementó al descubrirse el neutrón y al saberse que se desintegraba en un protón y se liberaba un electrón, que, como en la decadencia beta, portaba insuficientes cantidades de energía.  Enrico Fermi dio a esta partícula putativa el nombre de “neutrino”, palabra italiana que significa “pequeño neutro”.

El neutrón dio a los físicos otra prueba palpable de la existencia del neutrino.  Como ya he comentado en otra página de este trabajo, casi todas las partículas describen un movimiento rotatorio. Esta rotación se expresa, más o menos, en múltiples de una mitad según la dirección del giro.  Ahora bien, el protón, el neutrón y el electrón tienen rotación de una mitad. Por tanto, si el neutrón con rotación de una mitad origina un protón y un electrón, cada uno con rotación de una mitad, ¿qué sucede con la ley sobre conservación del momento angular? Aquí hay algún error. El protón y el electrón totalizan una mitad con sus rotaciones (si ambas rotaciones siguen la misma dirección) o cero (si sus rotaciones son opuestas); pero sus rotaciones no pueden sumar jamás una mitad. Sin embargo, por otra parte, el neutrino viene a solventar la cuestión.

Supongamos que la rotación del neutrón sea +½. Y admitamos también que la rotación del protón sea +½ y la del electrón -½, para dar un resultado neto de o. Demos ahora al neutrino una rotación de +½, y la balanza quedará equilibrada.

+½(n)=+½(p)-½(e)+½(neutrino)

Pero aun queda algo por equilibrar.  Una sola partícula (el neutrón) ha formado dos partículas (el protón y el electrón), y, si incluimos el neutrino, tres partículas.  Parece más razonable suponer que el neutrón se convierte en dos partículas y una antipartícula.  En otras palabras: lo que realmente necesitamos equilibrar no es un neutrino, sino un antineutrino.

El propio neutrino surgiría de la conversación de un protón en un neutrón.  Así, pues, los productos serían un neutrón (partícula), un positrón (antipartícula) y un neutrino (partícula). Esto también equilibra la balanza.

En otras palabras, la existencia de neutrinos y antineutrinos debería salvar no una, sino tres, importantes leyes de conservación: la conservación de la energía, la de conservación del espín y la de conservación de partícula/antipartícula.

Es importante conservar esas leyes puesto que parece estar presentes en toda clase de reacciones nucleares que no impliquen electrones o positrones, y sería muy útil si también se hallasen presentes en reacciones que incluyesen esas partículas.

Las más importantes conversiones protón-neutrón son las relaciones con las reacciones nucleares que se desarrollan en el Sol y en los astros.  Por consiguiente, las estrellas emiten radiaciones rápidas de neutrinos, y se calcula que tal vez pierdan a causa de esto el 6 u 8 % de su energía.  Pero eso, sería meternos en otra historia y, por mi parte, con la anterior explicación solo trataba de dar una muestra del ingenio del hombre que, como habréis visto, no es poco.

Desde que puedo recordar, he sido un amante de la Física. Me asombran cuestiones como la luz, su naturaleza de un conglomerado de colores, ondas y partículas, su velocidad que nos marca el límite del máximo que podemos correr en nuestro Universo, y en fin, muchos otros misterios que encierra esa cosa tan cotidiana que nos rodea y lo inunda todo haciendo posible que podamos ver por donde vamos, que las plantas vivan y emitan oxígeno o que nos calentemos.  Realmente, sin luz, nuestra vida no sería posible.

Entonces, ¿qué es realmente la luz?

Muchos (casi todos) opinan que es algo inmaterial. Los objetos materiales, grandes o muy pequeños como las galaxias o los electrones, son materia.  La luz, sin embargo, se cree que es inmaterial, dos rayos de luz se cruzan sin afectarse el uno al otro.

Sin embargo, yo que, desde luego, no soy un experto, opino en cambio que la luz, es simplemente una forma de energía lumínica, otra forma en la que se puede presentar la materia.  Nosotros mismos, en última instancia, somos luz.

Está claro que, los estudiosos de la época antigua y medieval estaban por completo a oscuras acerca de la naturaleza de la luz. Especulaban sobre que consistía en partículas emitidas por objetos relucientes o tal vez por el mismo ojo. Establecieron el hecho de que la luz viajaba en línea recta, que se reflejaba en un espejo con un ángulo igual a aquel con el que el rayo choca con el espejo, y que un rayo de luz se inclina (se refracta) cuando pasa del aire al cristal, al agua o a cualquier otra sustancia transparente.

Cuando la luz entra en un cristal, o en alguna sustancia transparente, de una forma oblicua (es decir, en un ángulo respecto de la vertical), siempre se refracta en una dirección que forma un ángulo menor respecto de la vertical.  La exacta relación entre el ángulo original y el ángulo reflejado fue elaborada por primera vez en 1.621 por el físico neerlandés Willerbrord Snell.  No publicó sus hallazgos y el filósofo francés René Descartes descubrió la ley, independientemente, en 1.637.

Los primeros experimentos importantes acerca de la naturaleza de la luz fueron llevados a cabo por Isaac Newton en 1.666, al permitir que un rayo de luz entrase en una habitación oscura a través de una grieta e las persianas, cayendo oblicuamente sobre una cara de un prisma de cristal triangular. El rayo se refracta cuando entra en el cristal y se refracta aún más en la misma dirección cuando sale por una segunda cara del prisma. (Las dos refracciones en la misma dirección se originan por que los dos lados del prisma de se encuentran en ángulo en vez de en forma paralela, como sería el caso en una lámina ordinaria de cristal.)

Newton atrapó el rayo emergente sobre una pantalla blanca para ver el efecto de la refracción reforzada.  Descubrió que, en vez de formar una mancha de luz blanca, el rayo se extendía en una gama de colores: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, y violeta, en este orden.

Newton dedujo de ello que la luz blanca corriente era una mezcla de varias luces que excitaban por separado nuestros ojos para producir las diversas sensaciones de colores.  La amplia banda de sus componentes se denominó spectrum (palabra latina que significa “espectro” fantasma).

Newton llegó a la conclusión de que la luz se componía de diminutas partículas (“corpúsculos”), que viajaban a enormes velocidades.

Le surgieron y se planteó algunas inquietudes cuestiones. ¿Por qué se refractaban las partículas de luz verde más que los de luz amarilla? ¿Cómo se explicaba que dos rayos de luz se cruzaran sin perturbase mutuamente, es decir, sin que se produjeran colisiones entre partículas?

En 1.678, el físico neerlandés christian Huyghens (un científico polifacético que había construido el primer reloj de péndulo y realizado importantes trabajos astronómicos) propuso una teoría opuesta: la de que la luz se componía de minúsculas ondas. Y si sus componentes fueran ondas, no sería difícil explicar los diversos difracciones de los diferentes tipos de luz a través de un medio refractante, siempre y cuando se aceptara que la luz se movía más despacio en ese medio refractante que en el aire.  La cantidad de refracción variaría con la longitud de las ondas: cuanto más corta fuese tal longitud, tanto mayor sería la refracción.   Ello significaba que la luz violeta (la más sensible a este fenómeno) debía de tener una longitud de onda mas corta que la luz azul, ésta, más corta que la verde, y así sucesivamente.

Lo que permitía al ojo distinguir los colores eran esas diferencias entre longitudes de onda.  Y, como es natural, si la luz estaba integrada por ondas, dos rayos podrían cruzarse sin dificultad alguna.  (Las ondas sonoras y las del agua se cruzan continuamente sin perder sus respectivas identidades.)

Pero la teoría de Huyqhens sobre las ondas tampoco fue muy satisfactoria. No explicaba por qué se movían en línea recta los rayos luminosos; ni por qué proyectaban sobras recortadas; ni aclaraba por qué las ondas luminosas no podían rodear los obstáculos, del mismo modo que pueden hacerlo las ondas sonoras y de agua.  Por añadidura, se objetaba que si la luz consistía en ondas, ¿cómo podía viajar por el vacío, ya que cruzaba el espacio desde el Sol y las Estrellas? ¿Cuál era esa mecánica ondulatoria?

emilio silvera

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Esta entrada fue publicada el sábado, 30 de abril de 2011 a las 9:10 y está clasificada bajo: Física. Puede hacer un seguimiento de los comentarios de esta entrada gracias al feed RSS 2.0. Puede dejar un comentario, o enviar un trackback desde su sitio.

  1. ¡La Física! Que en su apartado cuántico…¡es extraña! : Blog de Emilio Silvera V., el 16 de diciembre del 2012 a las 11:17

    […] no alberga energía suficiente para compensar la masa perdida por el núcleo.  En realidad, los electrones no eran igualmente deficitarios.  Emergían con un amplio espectro de energías, y el máximo […]

  2. ¡La Física! Que en su apartado cuántico…¡es extraña! : Blog de Emilio Silvera V., el 27 de noviembre del 2013 a las 4:39

    […] de hoy. El neutrón dio a los físicos otra prueba palpable de la existencia del neutrino.  Como ya he comentado en otras ocasiones, casi todas las partículas describen un movimiento […]

 

  1. 1
    Johnny
    el 30 de abril del 2011 a las 15:49

    ¿Cuál es el objetivo fundamental de investigar las propiedades del Neutrino?, ¿su existencia está relacionada de alguna manera con conocer cuál es el medio que utiliza para viajar?.

    Responder
    • 1.1
      Johnny
      el 30 de abril del 2011 a las 16:08

      A mí siempre me ha llamado la atención como la gente no vidente, se puede manejar con una facilidad sorprendente a través de un ambiente con obstáculos, cómo se desenvuelven con un simple bastón, o en algunos casos confiando ciegamente en otro ser al salir a la calle para que lo lleve a su destino, como es el caso de los perros guía por ejemplo.
      Hablamos de la Luz, de su velocidad, pero me pregunto cómo alguien que nunca haya visto la luz se puede desempeñar casi o, igual a los que sí podemos verla.
      ¿Existe alguna ventaja el ver o no ver la luz para experimentar su velocidad? o ¿solo es necesario con ser “consciente” de lo que existe o no existe?.

      Saludos cordiales amigachos…

      Responder
      • 1.1.1
        emilio silvera
        el 1 de mayo del 2011 a las 10:18

        Amigo mío, existe una diferencia abismal entre ver o no ver. Elque carece de visión (no tiene otra opción) trata de adaptarse a lo que tiene, y,para ello, suplecon otros sentidos su carencia. Sin embargo, nunca, por lo que le puedan contar,podrá tener o sentir la experiencia propia de “VER” no importa las bellas palabras que otro pueda emplear para describirle un bonito paisaje, si pudiera verlopor sí mismo, la diferencia sería como la del día y la noche.
        Y, sí, existen muchas ventajas en poder ver para experimentar de manera real,todavez que, nuestros cerebros conforman su propio mundo acorde a lo que pueda sentir y ver. Y, si sentimos y vemos de manera diferente, elmundo que conformamos,también lo será.

        Responder
        • 1.1.1.1
          Johnny
          el 1 de mayo del 2011 a las 15:25

          Tiene mucha razón don Emilio, existe una diferencia abismal entre ver y no ver, no podría apreciar un bello paisaje como nosotros lo hacemos, pero, como usted mismo dice, sentimos y vemos de manera diferente, sobre sentir un bello paisaje, creo a mi entender que no es necesario verlo, pero ¿cómo puede sentir un bello paisaje alguien que no lo está viendo?, el ver lleva todo un mecanismo que se realiza desde nuestros ojos y se procesa en nuestro cerebro para decodificarlo, una persona no vidente no tiene la facultad de poder realizar ese mecanismo en su cerebro a través desde sus ojos, entonces me pregunto ¿Cómo observa ese paisaje para poder sentirlo y disfrutarlo? Y, es que estoy convencido que ellos sienten la belleza de un paisaje y lo disfrutan tanto o más que nosotros aunque no lo vean.
          ¿Cómo pueden procesar esa información si no es por sus ojos, que medio utiliza para ser “consciente” de la existencia de ese paisaje?.
          Un saludiño.

        • 1.1.1.2
          Johnny
          el 1 de mayo del 2011 a las 15:33

          Aclaro que a bello parsaje, me refiero a un paisaje “natural” en el que se encontraría, por lo que puede sentirlo a través de sus otros sentidos con excepción de la vista.

    • 1.2
      emilio silvera
      el 1 de mayo del 2011 a las 9:32

      A tu primera pregunta, entre otras cosas se podría contestar que, cuando apareció en escena la “materia oscura”, uno de los aspirantes para conformarla, fueron precisamente los neutrinos y, simplemente eso, ya justificaría el querer saber sobre sus propiedades entre las que se encuentra la masa.
      No, su existencia no estárelacionada de ninguna manera con conocer cuálseael medio que utiliza para viajar, laexistencia del neutrino es totalmente independiente del medio.
      Los neutrinos, desde que Pauli predijera su existencia para justificar lamasa perdida, fue centro de atención de los físicos que salieron en tropelen su busca hasta que lo encontraron y, desde entonces,siempre se ha manifestado como si tuviera masa estrictamente nula. Parece como si se movieran exactamente con la velocidad de la luz. Claro que,existe un límite para la precisión con la que podemos medir.
      Si los neutrinos fueran muy ligeros, por ejemplo, una cienmillonésima parte de la masa del electrón, seríamos incapaces de detectar en el laboratorio la diferencia entre estos y los neutrinos de masa estrictamente nula. Pero, claro está,para ello el neutrino que tendría que poseer una componente a derechas. Es sabido que, las únicas partículas ligeras que pueden evitar ser detectadas son las que ejercen fuerzas muy pequeñas sobre todas las especies departículas conocidad.
      La primera partícula adicional en la que podríamos pensar es un neutrino rotando aderechas,sin embargo, sabemos que los neutrinos rotan a la izquierda (son los antineutrinos los que rotan a laderecha). En este punto,los astrónomos quieren unirse a la discusión (no esla primera vez,ni será la última, que la astronomía nos proporciona información esencial  en relación con las partículas elementales.Por ejemplo,debido a las interacciones decorriente neutra (las interacciones débiles originadas por un intercambio Zº), los neutrinos son un factor crucial en la explosión supernova de una estrella.
      Cuando no se sabía nada de la corriente neutra, se pensó que los neutrinos producidos durante la explosión podrían escapar libremente dela estrella. Ahora, sin embargo, sabemos que debido a las interacciones por corriente neutra, pueden colisionarcon lascapas exteriores de la estrella y volarlas con una fuerza tremenda. La hipótesis dela corriente neutra quedaba así respaldada por esta nueva teoría de supernova mucho antes de que se descubriera la partíocula Zº.
      Con todo esto,simplemente trato de fijar algunas propiedades de los neutrinos y desde luego,con el medio que utilizan para viajar que es bien conocido desde que, salen desde su fuente (sea la que sea) a la velocidad de la luz cruzando el espacio interestelar, las nebulosas, los planetas y, también pasan a través de nuestros cuerpos.

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      Claro que, la investigación sobreel neutrino se ha dirigido siempre (en su mayor parte) a saber y conocer la masa que ésta partícula pudiera tener y, sabemos que, al existir tres clases de neutrinos

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      ѵτ), estos de alguna manera podrían sufrir una transición de una aotra clase y,se pudieran transformar los ѵe en alguno de los otros dos modelos que suponemos deben tener más masa pero,dicha transición, no dejaría señal en nuestros aparatos detectores y nos daría lasensación de que existen menos neutrinos de los que podríamos esperar.
      El caso delos neutrinos es complejo, y, a pesar de ello es mucholo que conocemossobre estos “personajes” delmundo de las partíuclas. Parece ser que, los neutrinos si tienen masa (comprendida entre 0,005 y 0,5 eV) que es menos que la millonésima parte dela masa del electrón.
      ¡Ah! Los neutrinos destrógiros son insensibles incluso a la interacción débil.Solamente con ayuda de partículas de Higgs se puede transformar primero en neutrinos levógiros y después sufrir (raramente) interacciones débiles del tipo convencional. ¿Cuantos otros objetos ocultos pueden existir? Bueno, el más conocido es el Gravitón que sólo serelaciona con la fuerza gravitatoria y que, aligualque nos pasó con el neutrino,su falta o escasa de masa hace muy difícil su localización.
      El objetivo fundamental que nos aconseja el estudio y la investigación sobre el neutrino es muy amplio, ya que, a partir de ese conocimiento, podremos obtener otros de vital importancia paraelconocimiento del Universo mismo.
      Una cosa es cierta, hay un inmenso número de cuerpos celestes y cada día se descubren más y todos están formados por protones, neutrones y electrones. Dentro y formando parte de estas partículas subyacen los neutrinos.Todos los astrónomos están convencidos de que no existe una sola estrella o galaxia que no esté hecha por estas partículas que conforman la materia Bariónica de nuestro Universo y, al ser, los neutrinos parte integrante de ella, no tenemos otra salida (si queremos conocer la materia y elUniverso mismo) que tratar de saber sobre los neutrinos y sus peculiaridades, incluido el medio porelque viaja.
      Ya hemos dicho aquí muchas veces que, “Todo lo Grande está Hecho de cosas Pequeñas” desde las estrellas y las galaxias hasta nosotros. Y, si eso es así,que lo es, es nuestra obligación saber de qué estamos hechos para tratar de comprendernos a nosotros mismos, de la misma manera que tenemos el deber de conocer la composición delas estrellas, galaxias y cualesquiera otros objetos que pudieran existir.
      Un saludo amigo
       
       
       

      Responder
      • 1.2.1
        Johnny
        el 1 de mayo del 2011 a las 13:57

        Muchas gracias don Emilio, por tan amplia y amable respuesta, que me aclaró bastante sobre todo este tema de los Neutrinos, sin embargo obviamente me quedan algunas cosas que no las tengo muy claras, si el neutrino tiene la propiedad de atravesar todo lo que se le interponga en su camino sin hacer distinciones, tanto a nuestro planeta como a nosotros mismos sin que nos demos cuenta, entonces ¿nosotros formamos parte de ese medio por el cual viaja?.. bueno al menos creo estar “consciente” de ello, ya que si es así, ese algo que poseemos nosotros y que utiliza el neutrino para realizar su viaje se encontraría en todo el universo, descartando únicamente la propia nada.

        Un saludo cordial.

        Responder
        • 1.2.1.1
          emilio silvera
          el 1 de mayo del 2011 a las 16:41

          Estimado Johnny:
          Tienes que tener en cuenta que la materia,en realidad, se encuentra en elnúcleo de los átomos, ese lugar donde se encuentran los protones y neutrones, esdecir, los nucleones que están conformados por Quarks y,el resto del átomo es espacio vacío, ya que, ese núcleo está rodeado de las distintos niveles de electrónes conforme al elemento de que se trate.
          Así, más del90% dela materiason espacios “vacios” y,si es así (que lo es), podemos poner un Bloque de plomo cuyo espesor sea desdeel sistemasolar hastaAlpha Centauri y,los neutrinos,lo traspasará tranquilamente sin interaccionar con el plomo.
          Por otra parte, en nuestro Universo,la NADA no existe, siempre hay algo que está ocupando el espacio, aunque sean unas pocas partículas. Incluso en eso que llamamos vacío, resulta que está a rebosar de partículas virtuales que aparecen y desaparecen en fracciones de segundo.
          En cuanto al campo que utiliza el neutrino para realizar el viaje, lo dices bien, ¡todo el Universo!

        • 1.2.1.2
          kike
          el 1 de mayo del 2011 a las 23:32

          De hecho, y según los científicos, cada segundo nos traspasan el cuerpo millones de neutrinos sin dejar señal alguna.

           Pero eso de no dejar señal alguna no creo que esté confirmado; la materia suele interaccionar con todo, y los neutrinos, si es cierto que tienen masa aunque sea mínima, bien pudieran crear algún efecto en nuestros cuerpos, teniendo en cuenta las grandes cantidades que nos llegan a cada momento; hasta podría tratarse de un efecto benéfico….

        • 1.2.1.3
          Johnny
          el 2 de mayo del 2011 a las 0:00

          Coincido con Kike, quizá esa interacción que el neutrino crea con nosotros, seguramente benéfico, sea el aportarnos segundo a segundo más de esa materia que traen consigo desde los confines del Universo, claro que podría estar equivocado ya que mi visión de la física es muy pobre y no estoy completamente seguro de lo que acabo de decir.
          Lo que tengo más o menos claro, es que a mayor materia, mayor energía, ¿es así como digo?.

          Saludos cordiales.

  2. 2
    Emilio Silvera
    el 2 de mayo del 2011 a las 9:42

    Sí, amigo, a cantidad de mayor materia mayor de energía, toda vez que, según Einstein con su E=mc2 (ya demostrada) la materia y la energía son dos aspectos de la misma cosa.

    En cuanto a lo que nos dice Kike, de que los neutrinos que traspasan nuestros cuerpos a mikles de millones, incluso podrían ser beneficiosos,no me extrañaría nada. Ya sabemos elefecto que causa un fotón energéticocuando incide sobreun electrón, éste absorbe su energía y se traslada a una órbita del átomo más energética mediante el efecto túnel. Si eso es así (que lo es), ¿elpor quélos neutrinos que traspasan nuestros cuerpos -aunque no todos- si algunos, podrían interaccionar con los electrones de nuestro organismo y, al ser absorbidos dejarían mayor energía que, de ninguna manera,nos vendría mal.

    ¡Sabemos tan poco! Pero,eso sí, seguiremos insitiendo.

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