El micromundo ofrece increíbles sorpresas. Cuando yo estaba en la Escuela República de Colombia, en Naranjo en 1953, para mí, todas las sustancias de la naturaleza, eran continuas (sin espacios entre ellas): la madera del pupitre, la hoja del cuaderno, el agua, y desde luego, el aire, que sentía pero no podía ver.
Las únicas partículas que conocía eran el fino polvo de la tiza, y los cristalitos de azúcar y de sal, que podía romper en otras aún más pequeñas. La existencia microscópica de las células de la sangre no estaba aún entre mis pensamientos, y mi primera observación con un microscopio estaba aún muy lejana.
A las moléculas, átomos, núcleos, electrones, protones, neutrones, neutrinos y cuarks les faltaba toda mi vida de colegio y parte de la universidad.
“Antiguos”
átomos
Pensemos en
las propiedades fundamentales de las partículas microscópicas que constituyen
los átomos y que son, desde luego, más pequeñas (partículas subatómicas),
llamadas en conjunto partículas elementales.
Yo las
imagino como diminutas pelotitas de cierto tamaño en constante movimiento.
Diría que deben poseer masa pues las considero partículas de materia, aunque muchísimo menos que millonésimas de
millonésimas de millonésimas de kilogramo.
También se han encontrado algunas partículas casi sin masa, como los
neutrinos, y otras que no la tienen del todo, como los fotones.
Desde la
escuela podemos asignarles, a las partículas elementales, algunas otras
propiedades,cuyo significados entendemos más o menos, como carga
eléctrica (positiva, negativa o nula). Sabemos que se mueven en línea recta y
que todas rotan. Si tenemos suerte, en el colegio o en la universidad, al
menos escucharemos sobre el spin.
Nombres
extraños
La
televisión puso en contacto a nuestros hijos con el fotón, que se mueve a la velocidad de la luz: 300 000 km/segundo. Podría viajar mil veces la distancia de San José a Peñas Blancas en solo
un segundo.
El fotón no
tiene carga eléctrica, pero sí energía y cantidad de movimiento, dos
propiedades que desde el colegio asociamos con masa y velocidad.
Para
complicarnos la vida, a veces su comportamiento puede explicarse mejor como si
fuera una onda.
Ya en 1905,
por medio de la relación E = mc², Albert Einstein nos enseñó la equivalencia
que hay entre masa (!en reposo!) y la energía.
Masa y energía son dos caras de la misma moneda; kilogramos (kg) y joules
(J) pueden convertirse matemáticamente uno en el otro por medio de la ecuación
anterior, y en la realidad, por medio de un reactor nuclear, o en una estrella como el Sol.
Cuando los
humanos descubrimos el fuego, comenzamos a convertir materia en energía.
En los
últimos 60 años, los físicos han aprendido que, si se dispone de grandes
cantidades de energía, puede producirse todo un zoológico de partículas elementales y sus
respectivas antipartículas, algunas con masa (cuark,
electrón, muón, tauón, neutrino) o sin masa (fotón, gluón), como ocurre en las estrellas, o como ocurrió al inicio del
universo, según la explicación que llamamos Big Bang. Los nombres son solo para distinguirlas.
Reproducir
las condiciones de las estrellas en un laboratorio, de manera controlada, es
uno de los propósitos de las investigaciones realizadas en algunos laboratorios
como el CERN, en Europa. No es simple, pero ofrece la ventaja de que no requiere ir a
una estrella, ni al singular momento del inicio el universo. Las condiciones
pueden repetirse miles de veces.
Cuatro fuerzas
De los electrones, protones y neutrones que nuestros nietos comienzan a estudiar en la escuela, solo el electrón ha permanecido como partícula elemental (no tiene una subestructura).
Las otras dos partículas del átomo están compuestas por dos tipos de cuarks, que sí son partículas elementales, de la siguiente manera:El protón: 2 cuark up, 1 cuark down.
El neutrón: 2 cuark down, 1 cuark up.
Todos los átomos de los elementos que hay en el universo pueden construirse con solo estas tres partículas elementales: electrón, cuark up y cuark down.
Doce de las
partículas elementales, los seis tipos diferentes de cuarks, el electrón, el
muón, el tauón y tres tipos diferentes de neutrinos son partículas de materia.
Los físicos las llaman colectivamente fermiones.2) La nuclear fuerte, de corto alcance, que mantienen estable el núcleo. 3) La nuclear débil, de
corto alcance, causante del decaimiento radiactivo
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