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?
“Las partículas alfa (α) son núcleos completamente ionizados, es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente, de helio-4 (4He). Se generan habitualmente en reacciones nucleares o desintegración radiactiva de otros nucleidos que se transmutan en elementos más ligeros mediante la emisión de dichas partículas.”
En 1922, 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 1931, 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”.
La desintegración del neutrón dejó al descubierto al neutrino
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? Forma de energía que ilumina las cosas, las hace visibles y se propaga mediante partículas llamadas fotones.
“La luz en realidad era una onda de energía. Esta onda, al viajar en diferentes frecuencias y rebotar en diferentes direcciones, genera la percepción de sombras y colores. Sin embargo, la luz también transfiere energía a otras partículas en forma de «quanta» (por ejemplo, el metal se calienta con la incidencia de la luz), comportamiento típico de una partícula.
Con tantas incógnitas por resolver, aparece la teoría de cuerdas con una nueva propuesta que abarca no sólo la luz, sino todo fenómeno en el universo: Ésta plantea que todas las partículas elementales son en realidad «cuerdas» que oscilan en diferentes frecuencias y de diferente manera. Un tipo de oscilación provocará que la cuerda sea apreciada como, por ejemplo, un protón; mientras que otro inducirá la generación de un fotón. La velocidad y amplitud de las frecuencias darán lugar a conceptos como peso o espacio.
De acuerdo a la teoría de cuerdas, todo el universo está generado por un solo elemento: cuerdas que oscilan en diferente manera. La aspiración principal de esta teoría es poder llegar a explicar el funcionamiento del universo en su totalidad.”
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 1637.
Los primeros experimentos importantes acerca de la naturaleza de la luz fueron llevados a cabo por Isaac Newton en 1666, 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 1678, 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?
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por Emilio Silvera ~
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el 3 de octubre del 2021 a las 8:56
En las cuestiones que tratamos aquí cada día, dentro de la dinámica de la Física y de todas las transiciones de fase que en el Universo están presentes, no pocas de ellas nos llevan hacia el asombro… ¿Cómo habrá podido el Universo (la Naturaleza), haber conseguido que la Vida esté presente, y, que además, con inteligencia para tratar de comprender muchos de esos sucesos extraordinarios.
Pensemos en uno de ellos:
El Sol dentro de unos 5.000 M de años, habrá agotado el combustible nuclear de fusión, se convertirá en una estrella Gigante Roja que se tragará a Mercurio y también a Venus, quedará muy certa del planeta Tierra que, debido al aumento de las temperaturas verá evaporarse sus océanos, y, seguramente la vida, tal como la conocemos desaparecerá de éste mundo.
Cuando el Sol está en la Secuencia Principal fusionando elementos, su tendencia es a expandirse, sólo encuentra la estabilidad debido a que otra fuerza trata de comprimirlo (la Gravedad), y de esas dos fuerzas contrapuestas se consigue la normalidad. Sin embargo, cuando la fusión deja de funcionar, el Sol (toda su ingente masa), queda a merced de la fuerza de Gravedad.
Primero arroja las capas exteriores al Espacio Interestelar y crea una Nebulosa Planetaria, para seguidamente comenzar a comprimir toda la masa restante. En este punto tengo que aclarar que tanto los hadrones como los leptones (protones y neutrones y electrones), son Fermiones sometidos al Principio de Exclusión de Pauli:
2 electrones de un átomo no pueden tener idéntico número cuántico, este principio se aplica sólo a los Fermiones y no a los Bosones. Quiere decir que no pueden estar ocupando el mismo lugar ni los electrones ni los neutrones (por ejemplo). Y, también otras partículas de Spín medio-entero.
Una vez explicado el detalle, tenemos que decir que a medida que la masa que se comprime más y más obligada por la fuerza de Gravedad, cada vez tiene “más juntos” a los electrones que, llegado a un cierto punto, en una especie de protesta claustrofóbica se DEGENERAL y comienzan a moverse a velocidades relativistas, lo que frena a la fuerza de gravedad cuando ya aquella ingente masa se ha convertido en una densa pequeña estrella blanca que radia con furia en el ultravioleta ionizando la Nebulosa de la que ocupa el centro.
Si la estrella es más masiva que el Sol unas pocas veces, ni la degeneración electrónica puede frenar a la Gravedad que continuará comprimiendo todo aquel material y, los electrones, se fundirán con los protones para formar Neutrones que, siendo también fermiones, como antes los electrones se Degeneran y, finalmente, lo que nos queda es una estrella de neutrones de inmensa densidad.
Ya veis todas las sucesiones que tienen que intervenir de hechos que finalmente llevan a un fin: Lo que antes era un bonito Sol (estrella mediana amarilla de la clase G2V), se convierte, después de su “muerte” en otro objeto distinto al que fue.
De cosas asombrasas como esta que os he narrado, el Universo está lleno y, cada una de ellas nos asombra.