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Detalles de Física

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

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Las variadas teorías que llegaron a constituir la física cuántica a finales del primer cuarto de siglo, eran conocidas colectivamente como el modelo estándar.  Considerado desde su punto de vista, el mundo esta compuesto de dos categorías generales de partículas: las de espín fraccionario (½), llamadas fermiones, en homenaje a Enrico Fermi, y las de espin entero (o,  1 ó 2), llamadas Bosones, en homenaje a Satyendra Nath Bose, quien, junto con Einstein, desarrolló las leyes estadísticas que gobiernan su conducta.

Los fermiones comprenden la materia.  Obedecen a lo que se llama el principio de exclusión de Pauli, formulado por éste en 1.925, y, según el cual, dos fermiones no pueden ocupar al mismo tiempo un determinado estado cuántico.   Debido a esta característica de los fermiones, solo un número limitado de electrones pueden ocupar cada capa de un  átomo, y hay un límite superior para el número de protones y neutrones que pueden unirse para formar un núcleo atómico estable.  Los protones, neutrones y electrones son todos fermiones.

Los Bosones transmiten fuerza, no obedecen al principio de exclusión de Pauli, y por consiguiente varias fuerzas diferentes pueden actuar en el mismo lugar al mismo tiempo.   Los átomos de ésta libreta, por ejemplo, están sujetos simultáneamente a la atracción eléctrica entre sus protones y electrones, y a la fuerza de gravedad de la Tierra.

Sabéis, lo he explicado muchas veces, que existen cuatro fuerzas fundamentales (o clases de interacciones, en la terminología cuántica): la gravitación, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil y fuerte.  Cada una tiene un papel distinto.  La gravitación, la atracción universal de todas las partículas materiales  entre sí, mantiene unidos a todos los planetas y sus satélites, todos ellos a su estrella, la estrella a su Galaxia, la Galaxia a las demás Galaxias.  El electromagnetismo, la atracción entre las partículas con cargas eléctricas o magnéticas opuestas, produce luz y todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo la radiación de onda larga llamada ondas de radio y la radiación de onda corta llamada rayos X y rayos gamma.

El electromagnetismo también une grupos de átomos para formar moléculas, y es la causa de la estructura de la materia tal como la conocemos.

La fuerte nuclear fuerte une protones y neutrones (llamados nucleones) en los núcleos de los átomos, y une las partículas fundamentales llamadas quarks para formar cada nucleón.  Es la más potente de todas las fuerzas y al contrario de las demás, su potencia crece con la distancia.

La fuerza nuclear débil es la mediadora del proceso de desintegración radiactiva, la fuente de la energía emitida por los trozos de radio que estudiaron Rutherford y los Curie.

La conducta diferente de las fuerzas se refleja en la naturaleza de los bosones que transportan.  La Gravitación y el Magnetismo (electromagnetismo) tienen un alcance infinito, que es por lo cual nuestra galaxia “siente” la atracción gravitacional del Cúmulo Virgo de Galaxias, y por lo que podemos ver luz estelar proveniente de miles de millones de años-luz de distancia, pues los bosones que transportan estas dos fuerzas, los gravitones y los fotones, tienen masa cero.

La fuerza nuclear débil tiene un alcance muy corto porque las partículas que la transportan, llamadas bosones débiles, son masivas (W+, W– y Z0).   La fuerza o interacción fuerte es llevada por partículas llamadas gluones; son masivas pero tienen la curiosa y bella propiedad de que, como se dijo antes, su fuerza aumenta con la distancia, no disminuye, cuando los fermiones entre los que son intercambiadas (los quarks) se alejan.

Un quark que empieza a alejarse de sus dos compañeros pronto se encuentra arrastrado por una red de gluones.  Por ello los quark en el Universo contemporáneo permanecen ligados dentro de los protones y neutrones; aún no ha sido posible observar quarks libres, aunque han sido buscados en todas partes, desde las colisiones en aceleradores de partículas hasta el polvo de la Luna.

Los fermiones que constituyen la materia, aunque muy variados y numerosos, pueden ser clasificados como quarks, que responden a la interacción fuerte, o leptones que no lo hacen.

Ya sabéis que los leptones son partículas ligeras; entre ellos se encuentran los electrones que giran alrededor de los núcleos atómicos.  Los quarks son los ladrillos que componen los protones y neutrones.

Hay seis clases de quarks y seis clases de leptones.  Ni los unos ni los otros muestran signo alguno de tener una estructura interna, aunque su anatomía ha sido sondeada hasta escalas de 10-8 metros.  Eso equivale a decir que si un átomo fuese ampliado hasta las dimensiones de la Tierra, todos los subcomponentes de quarks y leptones tendrían que ser más pequeños que una manzana para escapar a su detección.  De modo que los quarks y los leptones son las partículas básicas de la materia, hasta donde llegan nuestros conocimientos experimentales.

La teoría sobre estos temas de los componentes fundamentales de la materia, llegan mucho más lejos.  Sin embargo, al ser sólo teoría, ahí queda, pendiente de que un día en el futuro, se pueda comprobar la existencia de componentes de la materia aún más básicos que los quarks y los leptones.

¿Cuerdas vibrantes y Briznas luminosas?

¡Nos queda tanto por saber!

emilio silvera

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Esta entrada fue publicada el viernes, 2 de octubre de 2009 a las 8:19 y está clasificada bajo: Física Cuántica. 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.
 


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