Micro(macro)cosmos

En la teoría atómica de la materia expuesta de Dalton (1808), el átomo se consideraba la representación o el elemento más pequeño de la materia, su partícula más elemental. En 1897 Thomson descubrió el electrón que junto con el modelo de Bohr (1913) y el descubrimiento del neutrón (1932) hicieron ver que el átomo no era la parte más indivisible de la materia. Hay verdaderos tratados y volúmenes sobre las partículas elementales de la materia. Durante algún tiempo se consideró al protón, neutrón, electrón y fotón como las cuatro partículas elementales, pero poco a poco, conforme van pasando los años, científicos van ahondando cada vez más en nuevos estudios, en nuevas formas de estudiar la materia. El positrón o antielectrón, muón, el pión y más partículas son nuevos descubrimientos y lo que nos quedará por ver de aquí a unos años. Los aceleradores de partículas son importantísimos en estos casos y cada vez determinados países están invirtiendo más dinero para estos procesos, que ayudan a buscar nuevas partículas, donde algunas de ellas tienen vidas del orden de 10-23 seg. Además gracias a estos aceleradores de partículas se han descubierto nuevas propiedades: cima, fondo, color, extrañeza, etc. Para poder clasificar estas partículas debemos atender a una serie de fuerzas observadas en la naturaleza:

  • 1.- Interacción nuclear fuerte (interacción hadrónica)
  • 2.- Interacción electromagnética
  • 3.- Interacción nuclear débil
  • 4.- Interacción gravitatoria

Estas cuatro fuerzas son importantísimas desde cualquier punto de vista que podamos pensar, se encuentra en cualquier cosa que podamos observar, desde tener un contacto cuando estamos pisando el suelo y el rozamiento en sí o en la explosión de una supernova. Pues bien, muchas de esas partículas participan y están presentes en todas esas fuerzas o interacciones anteriores y otras, en cambio, solamente participan en alguna de ellas. Es decir, sabemos que todas las partículas actúan bajo la influencia de la gravedad, pero en cambio no todas las partículas son influidas bajo la interacción electromagnética, solamente aquellas partículas que poseen carga eléctrica. Hablemos un poco más de estas partículas y su clasificación, muy por encima, sin ahondar en términos muy específicos, aunque realmente, tratando temas como éste no podemos evitar algunos tecnicismos. Las partículas que sufren una interacción por medio de la fuerza nuclear fuerte se denominan hadrones, y estos a su vez, se dividen en bariones de espín ½, 3/2, 5/2, etc. Y los mesones, de espín 0 ó entero. El espín es una propiedad física de la partícula, una propiedad intrínseca, como lo puede ser la carga o la masa y tiene que ver con su momento angular intrínseco y tendríamos que ahondar para entender mejor cómo es el espín, llegar al principio de exclusión de Pauli, si son femiones, o en cambio son bosones si no obedecen dicho principio, habría que tener en cuenta también la ecuación de Dirac, una extensión de la ecuación de Schorödinger, que incluye también la relatividad especial (sobre todo con la energía de una partícula y su relación con la masa y cantidad de movimiento de dicha partícula) y muchas más cosas, que sería realmente lioso para trasladar a un blog que no pretende ser un medio de divulgación científico, faltaría más.

Pero volvamos a la clasificación de estas partículas, donde algunas de ellas, las de la interacción fuerte se desintegran con vidas medias muy cortas, del orden del 10-23 seg. Los hadrones en cambio podríamos decir que no cumple la definición de partícula elemental, son estructuras más complejas, es decir, disponen de estructura y no cumpliría la definición, de que una partícula elemental es aquella partícula puntual que no dispone de estructura definida, es decir que no está compuesta por otras partículas más elementales. Los hadrones no cumplen eso y hoy día está admitido que están constituidos por los llamados quarks. Después tenemos los leptones, que son partículas participativas de la interacción débil (no en la fuerte), donde su nombre viene de la masa relativamente pequeña que tiene estas partículas (leptón-partícula ligera), aunque se ha descubierto leptones con masas más “importantes” podríamos decir, como por ejemplo la del leptón descubierto por Perl en 1975, con una masa que casi dobla a la del protón. Existen 6 leptones y cada uno de ellos posee una antipartícula: electrón, muón, el tau y un antineutrino distinto que se encuentra asociado a cada una de estas partículas. También podríamos extendernos con el neutrino, aunque diremos lo más importante a mi parecer, es decir, que en un principio se creyó que los neutrinos no tenían masa, y después, últimas investigaciones han demostrado que su masa, aún no siendo nula, es muy pequeña. Hay que diferenciar que a niveles microcósmico y a nivel cosmológico hay una diferencia enorme entre masa nula y masas pequeñas de pocos eV/c2 ¿Por qué tiene tanta importancia a nivel cosmológico? Bueno, principalmente por la cuestión de un universo en expansión eterna o un universo de tamaño limitado o máximo que seguidamente cuando se llegue a dicho límite se produciría el efecto contrario a la expansión, una contracción (denominada Big-Crunch) y eso tiene que depender de la masa total del Universo. Y esa masa total puede depender de que la masa del neutrino fuera relativamente muy pequeña y distar un abismo a que fuera inexistente… aunque esa diferencia sea mínima a ojos de un mero espectador, a niveles cosmológicos es importantísimo… hay que pisar sobre seguro, sobre tierra firme. Además, parece que la observación de detección de neutrinos a través de la observación de la supernova 1987A o de experimentos subterráneos como los de Super-Kamiokande verifican esto mismo y sobre todo, que al menos un tipo de neutrino puede oscilar entre dos tipos diferentes, y eso solamente puede ocurrir si el neutrino tiene masa. El detector Super-Kamiokande fue llevado a cabo para un experimento conjunto entre Japón y EEUU y construído en Japón en 1996. Consiste en un tanque de agua enorme que se encuentra instalado en una mina de Zinc en el interior de una montaña. Al atravesar el tanque, un neutrino puede chocar con un átomo produciendo una luz azulada que se detecta mediante un compendio de detectores. En 1998 se hicieron esas pruebas experimentales donde se demostró que la masa del neutrino no puede ser 0.

Fijémonos en la complejidad de la física cuántica, de dichos modelos atómicos, del estudio y la observación de ellos, de cómo hay que estudiarlos y a nivel cosmológico lo importante que son para el tema de saber cuánta materia se encuentra en el universo. Si a todo esto le unimos los temas tan interesantes como la materia oscura, la teoría de cuerdas, los espacios dimensionales y todo esto unirlo en una sola ley, una sola ley que enunciara a groso modo

cómo funciona el universo, vemos que la solución está todavía por llegar, es muy complicada. Albert Einstein quiso hacerlo, pero tras los avances en física cuántica, vio que todo ello era imposible en su tiempo, habría que esperar años para darla una solución final. El poder aunar todas esas interacciones descritas anteriormente y hacer una Teoría del Todo es uno de los sueños de muchos científicos, esperemos que todo vaya por buen puerto y que algunos podamos verlo. Estos aceleradores de partículas pueden que tengan mucho que ver en futuros y lejanos avances. Newton lo consiguió con la toería de la gravitación universal, donde supo reunir cómo funcionaba la gravedad tanto para el movimiento de los planetas como para las mareas, la caída de cuerpos en la tierra, proyectiles, etc. Maxwell supo desarrollar su teoría electromagnética, donde explicaba fenómenos que a priori podían parecer independientes, como los procesos eléctricos, magnéticos y la interacción de la luz con la materia, demostrando finalmente que la luz es una onda electromagnética, entre otros puntos. S Glashow, A. Salam y S. Weimberg recibieron el premio Nobel en 1979 por su teoría de la unificación electrodébil. Actualmente se está trabajando en la unificación de la interacción electrodébil y fuerte y todavía queda muy lejos integrar en todo esto a la gravedad, a esa interacción muy débil. Algunos piensan que antes de todo esto, se debe de desarrollar e implemantar una teoría cuántica de la gravedad. Interesante el tema es, para qué negarlo… el quid se encuentra para cuándo podremos ver estos avances y descubrimientos.

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