La imaginación siempre va por delante de la realidad

El fotón, neutrino, electrón, protón, neutrón, muón, tau, kaón, sigma, omega, W y Z, gluón, quarks, gravitón…, forman un revoltijo de nombres en los que están mezclados Hadrones, Mesones, Leptones y Bosones, son todos ellos nombres muy familiares y, cada uno nos trae una imagen o un recuerdo a nuestras mentes que, al oir el nombre, de inmediato los asocia a aquello de lo que forma parte.

Los fotones hace posible que podamos ver los objetos celestes. Arriba una composición de las Pléyades

El fotón es el cuanto de luz, radiación electromagnética de una longitud de onda comprendida entre 380 y 780 mm, que produce percepción visual. Se define como el producto de visibilidad por el poder radiante, siendo éste último la intensidad de propagación de la energía luminosa.

El fotón, como partícula, con masa en reposo nula que recorre el espacio vacío a 299.792.458 metros por segundo, puede ser considerado como una unidad de energía igual a hf, donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia de la radiación en hertzios. Son necesarios para explicar el fenómeno fotoeléctrico y otros fenómenos que requieren que la luz tenga carácter de partícula.

                                       Sin la luz estaríamos en un Universo distinto

De la luz, nos podríamos estar hablando horas y horas, de sus propiedades en fotónica, fotoquímica, fotosfera y otros muchos ámbitos del saber humano con la luz relacionados, como por ejemplo, la claridad luminosa que irradian los cuerpos en combustión, ignición o incandescencia.

El fotón es una partícula misteriosa y yo diría que encierra muchos secretos que nosotros no hemos podido desvelar. Se comporta como partícula y como onda dependiendo de la circunstancia en que lo podamos observar. El fotón es una partícula sin masa en reposo pero, los fotones tienen energía y, si la energía y la masa son dos aspectos de la misma cosa… ¿Qué está pasando aquí?

Sí, creo que en último resultado podremos comprobar que los fotones son una clase de materia. Acordaos de aquella noticia: “Un grupo de científicos de la Universidad de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha dado el primer paso para construir, en un futuro, un objeto muy parecido a la espada láser de Luke Skywalker. No es ciencia ficción. Lo que ya han conseguido estos investigadores es poner patas arriba lo que hasta ahora creíamos sobre la luz, porque han creado nada menos que una nueva forma de materia con moléculas de luz.”

El prisma hace que la luz se ralentice, curvando su camino por el proceso de refracción. Este efecto es más pronunciado en las longitudes de onda más cortas (como el extremo violeta) que en las longitudes de onda más largas (como el extremo rojo), dispersando así los componentes

Newton nos descubrió que la luz del Sol o luz blanca, era el producto de la mezcla de todos los componentes coloreados, hizo pasar un rayo de luz por un prisma y, la habitación donde hacía el experimento, sus paredes, se llenaron de luciérnagas luminosas de muchos colores, el arco iris estaba allí, del rojo al violeta, descompuestos en mariposas luminosas.

Creo que el estado natural (último) de la materia, no será sólido, líquido, gaseoso, plasma o “materia oscura”. El estado final de la materia, cuando pase por todas las fases y trascienda a un estado superior de conexión total con el Universo, será la LUZ. Ahí, dentro de los rayos luminosos, estarán gravados todos los recuerdos, toda la consciencia de la Humanidad que para entonces, será otra cosa y, sonreirá al ver que un día muy lejano, discutían sobre lo que era el Tiempo, la Materia, las Fluctuaciones de vacío y muchas cosas más que no llegaban a comprender.

                       Si hablamos de neutrinos, estaremos hablando de Leptones.

El electrón es la partícula principal de la familia y está presente en todos los átomos en agrupamientos llamados capas electrónicas alrededor del núcleo. Tiene una masa en reposo (m_e) de numeración 9,1093897(54) × 10^-31 Kg y una carga negativa de 1,602 17733(49) × 10^-19 culombios. La antipartícula es el positrón que, en realidad, es copia exacta de todos sus parámetros, a excepción de la carga que es positiva.

La familia de Leptones esta formada por:

Electrón( e)^–, muón( μ), y la partícula tau( τ).

Neutrino electrónico ν, Neutrino muónico ν_μ, y neutrino tauónico ν_τ.

Si el electrón se considerara como una carga puntual, su auto-energía es infinita y surgen dificultades de la ecuación de Lorentz-Dirac. Es posible dar al electrón un tamaño no nulo con un radio r₀ llamado el radio clásico del electrón, dado por r₀ = e²/(mc²) = 2’82×10^-13 cm, en donde e y m son la carga y la masa del electrón y c la velocidad de la luz.

La ecuación de Dirac para el electrón la podemos escribir de la siguiente forma: (βmc2–icℏα1∂∂x−icℏα2∂∂y–icℏα3∂∂z+V(x,y,z))ψ(x,t)=iℏ∂ψ(∂

El electrón es muy importante en nuestras vidas, es un componente insustituible de la materia y los átomos que son posibles gracias a sus capas electrónicas alrededor de los núcleos positivos que se ven, de esta forma equilibrados por la energía igual, negativa, de los electrones.

Para los no versados en “el mundo” de las partículas, no resulta fácil entender las diferentes familias que las forman y el cometido que cada una de ellas tiene en este complicado “universo” de lo que hemos dado en llamar mecánica cuántica y que nos explica, de alguna manera, lo que ocurre en “el mundo” macroscópico que nos es más familiar. De ahí que muchas veces repita que, todo lo grande está hecho de “cosas” pequeñas.

Los protones, como los neutrones, son de la familia de los Hadrones. El protón es una partícula (no elemental) que tiene carga positiva igual en magnitud a la del electrón y posee una masa de 1,672614 x 10^-27 kg, que es 1836,12 veces la del electrón. El protón aparece en los núcleos atómicos, por eso, junto al neutrón, también son conocidos como nucleones.

La familia de los Hadrones es la clase de partícula subatómica que interaccionan fuertemente, e incluye protones, neutrones y piones. Los hadrones son o bien bariones, que se desintegran en protones y que se cree están formados por tres quarks, o mesones, que se desintegran en leptones o fotones o en pares de protones y que se cree que están formado por un quark y un anti-quark.

Todos los objetos que podemos observar están conformados por materia bariónica… ¡Como nosotros!

La materia bariónica, es la que forman planetas, estrellas y Galaxias, y la podemos ver por todas partes. Nosotros mismos estamos hechos de Bariones. La otra materia, esa que no podemos ver y que, nuestra ignorancia nos ha llevado a llamar oscura, esa, de momento no sabemos lo que es, y, ni siquiera si en realidad existe.

Las partículas conocidas como bosones: fotón, gluón, gravitón, partícula W⁺ W^– y Z^º son las que median en el transporte de la s fuerzas fundamentales de la naturaleza.

El Fotón, transporta el electromagnetismo, la luz. El Gluón, transporta la fuerza nuclear fuerte que se desarrolla en el núcleo del átomo. El Gravitón (ese que aún no hemos localizado), es la partícula mediadora de la Gravitación Universal, haciendo posible que nuestros pies estén bien asentados sobre la superficie del planeta. Y, por último, las partículas W y Z, responsables de la radiación natural y espontánea de algunos elementos como el Uranio.

Este pequeño repaso a modo de recordatorio, es algo inevitable, si hablamos de materia las partículas se nos cuelan y, como si tuvieran vida propia (que la tienen), nos obliga a hablar de ellas, lo que, por otra parte no esta mal.

Cuando se enunció la ley de la conservación de la materia no se conocía el átomo, pero con los conocimientos actuales es obvio: puesto que en la reacción química no aparecen ni destruyen átomos, sino que sólo se forman o rompen enlaces (hay un reordenamiento de átomos), la masa no puede variar.

“La ley de conservación de la masa, ley de conservación de la materia o ley de Lomonósov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por Antoine Lavoisier en 1785. Se puede enunciar como «En una reacción química ordinaria la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos».¹ Una salvedad que hay que tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la masa sí se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía. Esta ley es fundamental para una adecuada comprensión de la química.”

 

Lo cierto es que, la materia en nuestro Universo hace un recorrido que la lleva a tener distintas personalidades y con cada una de ella se pone un ropaje diferente: En las estrellas está presente en forma de elemento sencillo que, se fusiona para convertirse en otros más complejos. Cuando la estrella “muere” según su masa, explota como supernova y riega una extensa región con una bonita nebulosa de la que surgirán nuevas estrellas y nuevos mundos. El grueso de la masa se concentra en una estrella de neutrones o un agujero negro. Si la estrella es menos masiva, será una Nebulosa planetaria y una enana blanca su final. Es decir, la materia, en cada momento y lugar adopta la forma y estructura requerida por las energías presentes.

Como la única verdad del Universo es que todo es lo mismo, la materia ni se fabrica ni se destruye, sino que, en cada momento, cada cosa ocupa su lugar exacto por la evolución, la entropía y el paso del tiempo, resulta que, al final, se hable de lo que se hable, aunque sea de la conciencia y del ser, venimos a parar al mismo sitio: El Universo, la Materia, la Luz, el Tiempo… ¡La Vida!

Somos conscientes y aplicamos nuestra razón natural para clasificar los conocimientos adquiridos mediante la experiencia y el estudio para aplicarlos a la realidad del mundo que nos rodea.

También hemos dicho que el mundo que nos rodea es el que nos facilita nuestra parte sensorial, la mente, y que este mundo, siendo el mismo, puede ser muy diferente para otros seres, cuya conformación sensorial sea diferente a la nuestra. Parece que, realmente es así, lo que es para nosotros, para otros no lo será y, tenemos que tener en cuenta esta importante variable a la hora de plantearnos ciertos problemas que, de seguro, tendremos que afrontar en el futuro. Hay diferentes maneras de resolver el mismo problema, solo tenemos que tratar de entenderlo.

Como la información fluye a mi mente a velocidad de vértigo, a veces, como ahora me ha pasado, estoy hablando de una cosa y me paso a otra distinta.

Estaba comentando el cometido de las partículas y me pasé a otros asuntos sin haber comentado datos de interés:

• En 1.897, J.Thomson, descubrió el electrón
• En 1.911, Rutherford, descubrió el núcleo atómico y el protón
• En 1.932, Chadwick, descubrió el neutrón.

Así quedó sentado que, el modelo atómico estaba completo basado en un núcleo consistente en protones y neutrones rodeados en su órbita, de un número suficiente de electrones que equilibraba la carga nuclear y lo hacía estable. Pero este modelo no era suficiente para explicar la gran estabilidad del núcleo, que claramente no podía mantenerse unido por una interacción electromagnética, pues el neutrón no tiene carga eléctrica.

En 1.935, Yukawa sugirió que la fuerza de intercambio que lo mantenía junto estaba mediada por partículas de vida corta, llamadas mesones, que saltaban de un protón a un neutrón y hacía atrás de nuevo. Este concepto dio lugar al descubrimiento de las interacciones fuertes y de las interacciones débiles, dando un total de cuatro interacciones fundamentales.

También dio lugar al descubrimiento de unas 200 partículas fundamentales de vida corta. Como antes comentaba, en la clasificación actual existen dos clases principales de partículas: Leptones, que interaccionan con el electromagnetismo y con la fuerza nuclear débil y que no tienen estructura interna aparente, y los Hadrones (nucleones, piones, etc.), que interaccionan con la fuerza nuclear fuerte y tienen estructura interna.

              Los grandes aceleradores de partículas nos dejaron vislumbrar los Quarks

Fue el modelo de Murray Gell-Mann, introducido en1.964, el que fijó la estructura interna de los hadrones que, estarían formado por minúsculas partículas elementales a las que llamó quarks. Este modelo, divide a los hadrones en bariones (que se desintegran en protones) y mesones (que se desintegran en leptones y fotones). Ya decía antes que los bariones están formados por tres quarks y los mesones por dos quarks (quark y anti-quark)

En la teoría quark, por tanto, las únicas partículas realmente elementales son los leptones y los quarks.

La familia quarks esta compuesta por seis miembros que se denominan up (u), down (d), charmed (c), strange (s), top (t) y, bottom (b). El protón siendo un barión está constituido por tres quarks, uud (dos quarks up y un quark down), y, el neutrón por udd (un quark up y dos down).

            Protones y neutrones formados por Quarks

Para que los quarks estén confinados en el núcleo dentro de los nucleones, es necesario que actúe una fuerza, la nuclear fuerte que, entre los quarks se puede entender por el intercambio de ocho partículas sin carga y sin masa en reposo, llamadas Gluones (porque mantienen como pegados a los quarks juntos). Aunque los Gluones, como los fotones que realizan una función similar entre los leptones, no tienen carga eléctrica, si tienen una carga de color. Cada Gluón transporta un color y un anticolor. En una interacción un quark puede cambiar su color, pero todos los cambios de color deben estar acompañados por la emisión de un Gluón que, de inmediato, es absorbido por otro quark que automáticamente cambia de color para compensar el cambio original.

El universo de los quarks puede resultar muy complejo para los no especialistas y como no quiero resultar tedioso, lo dejaré aquí y paso de explicar el mecanismo y el significado de los sabores y colores de los quarks que, por otra parte, es tema para los expertos.

Gluones unen los quarks en partículas como los protones o los neutrones. Aquí, tres quarks — dos ups y un down — son representados formando un protón, por el intercambio de gluones (invisibles). Porque gluones carga color interactuar con uno al otro de forma glue-balls, que se descomponen en partículas hechas de quarks y anti-quarks. (Ilustración cortesía Jefferson Lab)

Los quarks individuales pueden tener la curiosa propiedad de ser mucho más masivos que los Hadrones que usualmente forman (debido a la enorme energía potencial que tendrían cuando se separan), y algunos teóricos creen que es, en consecuencia, imposible desde un punto de vista fundamental que existan aislados. Sin embargo, algunos experimentales han anunciado resultados consistentes con la presencia de cargas fraccionarias, que tendrían los quarks no ligados y en estado libre.

Sí, sospechamos que hay algo más allá de los Quarks que, finalmente, no serán esas partículas elementales que ahora creemos que son. Los teóricos de la Física creen que la materia del universo está formada por cuerdas vibrantes de infinitesimales dimensiones situadas en el límite de Planck, es decir, hablamos de la longitud de Planck, de 10^–35 metros (veinte ordenes de magnitud menor que el tamaño del protón de 10^–15 metros).  El límite de Planck es L_p= √ ( G ħ / C³ ), en ese corto espacio es donde residen las cuerdas y no tenemos medio para llegar hasta allí, se cree que se necesitaría la energía de Planck de 10¹⁹ GeV para poder “ver” las cuerdas y, esa energía, ni con la potencia de mil LHC juntos,  la podríamos conseguir.

Mirad como es la naturaleza humana. Resulta que aún no hemos podido identificar a los quarks con claridad, y, sin embargo, hemos continuado el camino con teorías más avanzadas que van mucho más allá, ahora hemos puesto los ojos de la mente sobre diminutas cuerdas vibrantes, filamentos cien mil veces más pequeños que los quarks y que serían los componentes más elementales de la materia.

Emilio Silvera V.

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