Lo que compone nuestro mundo y que lo
mantiene unido.
Parte 1: Un zoológico de partículas elementales
En el originalmente pensado átomo como la
unidad más pequeña e indivisible, resultó que se compone de una serie de
partículas elementales. De los bloques fundamentales del núcleo atómico
(Quarks), leptones (por eje. electrones) y partículas de fuerza (bosones de
gauge), que intermedian la interacción entre las partículas. ¿Pero que le da la
masa a la partícula? ¿Cuál es el rol fundamental del recién descubierto bosón
de Higgs?
De
Manfred Jeitler para el Science-blog
El año pasado en el centro de investigación
CERN en Ginebra, se descubrió la partícula de Higgs, esto seguramente ustedes
ya lo sabían ¿Pero cuál es la importancia de esta misteriosa partícula? ¿Para
que la necesitamos? Se oye decir que esta partícula crea la materia. ¿Qué
significa esto? ¿A caso flotaríamos libres sin peso por el espacio sin esta partícula?
Esto sería agradable en las subidas, pero también muy molesto, si al más pequeño
salto de alegría sin resistencia saldríamos al espacio y cada uno de nosotros estaría
sentado en un asteroide al igual que el Principito de Saint-Exupéry. Estaríamos
algo solitarios allí. ¿Han salvado los físicos del CERN al mundo de su
destrucción, con su descubrimiento del año pasado, quizás en el último minuto
poca antes de navidad? A veces a esta cuestionada
partícula también se la llama como la “partícula de Dios”. ¿Quiere decir esto
que los físicos descubrieron a Dios con sus aparatajes?
Nada de esto – por lo fascínate que esto pueda
sonar. La partícula de Higgs no “crea” masa – esta partícula ya
existía antes de ser descubierta. Pero realmente tiene algo que ver con la masa
de las demás partículas elementales. (Lo que es una partícula elemental ya lo
señalaremos en seguida). La provocativa expresión “partícula de Dios” no tuene
nada que ver con la realidad. El premio Nobel norteamericano Leon Ledermann, en
su libro sobre la partícula de Higgs escribió que hace tiempo que fue pronosticado,
pero difícil de encontrar, por esto quiso llamarla la “partícula maldita por
Dios” (godamm particle), del mismo modo como nosotros a veces increpamos. “Dónde
cresta están mis lentes”. Maldiciones blasfemas
en general no son muy “cool” en los EEUU,
por esto se cambió su nombre a “partícula de Dios”. Algunos físicos creen en Dios
otros no. Pero difícil que haya alguien que le atribuye la creación de justamente
esta partícula, pero no el resto de los componentes dfe nuestro mundo
.
El Zoológico de las partículas
elementales
¿Y cuál es el asunto ahora con estos
componentes? Primeramente el mudo es un despelote de personas, autos, árboles, bichos
y otros objetos. Ya en la antigüedad se trató poner en orden este embrollo, y referir todo lo
existente en el mundo cuatro elementos. Esto no funcionó del todo. La claridad
llegó con la química del siglo 19 con Mendeléyev y otros
cuando desarrollaron el Sistema Periódico de los elementos. Ahora sabemos, que
en lo esencial el mundo se compone de átomos, de los cuales apenas existen unos
cien tipos diferentes. Este Mendeléyev mostró mucho coraje, ya que en si tiempo
muchos elementos de sus sistema periódico aún no se habían descubierto. De
cierto modo en su mapa dejó muchas partes en blanco que posteriormente con el
correr del tiempo fueron llenados cuando se descubrieron nuevos elementos. Uno de estos ejemplos es el elemento Helio,
que recién un tiempo después se pudo comprobar su existencia en el Sol.
“átomo” en griego significa “ lo indivisible”,
originalmente se atribuye este nombre a Demócrito, y fue vuelto a usar en la
moderna química y física. Desgraciadamente esto engañoso, pues como se sabe los
operadores de las centrales eléctricas nucleare, se ocupan de esto con mucho
entusiasmos fragmentando átomos. Se descubrió, que los átomos se componen por
otras partículas – protones, neutrones y electrones. Se reveló que los protones
y los neutrones, que también por su lado, se componen de partículas, los tal llamados
“quarks”, el nombre fue inventado por el físico norteamericano Gell-Mann que
extrajo este nombre de un libro de James Joyce (de “Finnegans Wake”, James
Joyce es mucho más difícil de comprender, que la física de las partículas
elementales, y por esto tampoco les puedo decir porqué justamente se eligió
este nombre). A los electrones y los quarks se les llama “partículas
elementales”, porque hasta hoy se ha
detectado en ellos ninguna estructura interna. Por lo tanto son “elementales”
en el sentido, que estos – por lo menos según los conocimientos actuales –no están
formados por otros bloques.
Sin embargo, en los rayos cósmicos y en los
experimentos con los aceleradores, se han encontrado una buena cantidad de
otras partículas elementales, que en realidad no son “necesarias” para formar
la materia. Para esto realmente – así parece a primera vista – sólo tres partículas:
: Dos quarks (un quark “up” y un quark “Down”, de los cuales podemos componer
los protones y los neutrones) y el electrón. Pero existen otra serie de
partículas, que se componen de otros tipos de quarks (con nombres atractivos
como “strange”, “charm”, “bottom” y “top”), y también partículas elementales
que están emparentadas con el electrón
(el Myon, el Tau y varios neutrinos.) Pero estas partículas no son
estables se desintegran en muy corto tiempo (“desintegrar” sin embargo no
significa, que se separan en sus componentes, las partículas elementales no se
comp0nen de varios bloques. Más bien significa que estas partículas se
transforman en varias partículas más livianas). A pesar de ello, estas partículas
inestables existen en la naturaleza: Son generados cuando partículas altamente energizadas
de la radiación cósmica colisionan con los átomos de la atmósfera terrestre.
Interacciones entra
las partículas
Pero lo que es absolutamente necesario, para
poder describir a la naturaleza, es lo que causa la interacción entra las
partículas. Seguramente usted ya ha
escuchado, que los cuerpos con carga eléctrica se atraen, cuando porta cargas
diferentes (negativa y positiva) y se rechazan cuando l carga es la misma. A
esto se le llama “interacción electromagnética”. A pesar de esto, varios
protones (de carga positiva) pueden estar juntos en un núcleo, sin que este
estalle. Para esto, según nuestra comprensión, es responsable otra interacción
(la tal llamada interacción “fuerte”). Que una piedra se cae al suelo cuando la
soltamos, es gracias a la gravitación. Y finalmente, en desintegraciones radioactivas,
observamos una cuarta interacción, que llamamos interacción “débil”.
¿Pero cómo se originan estas interacciones?
¿Cómo sabe un electrón. Que frente al él se encuentra un protón y ha de ser atraído
por este? ¿De dónde sabe la piedra en qué dirección se llega al suelo? ¿De dónde
saben dos protones, en un núcleo atómico,
que deben permanecer juntos? De acuerdo a nuestra actual comprensión pareciera,
que esto es obra de otro tipo de partícula, similar a como son mantenidos
juntos los ladrillos por la argamasa. Uno se lo puede imaginar
quizás, cómo dos perros que pelean por un hueso, manteniéndose juntos de este Una
interacción rechazante es posible imaginarse como una pelota, que por personas
en dos botes, es lanzada de un al otro lado, con lo cual los botes se alejan
uno del otro. Pero esto no es figurativo o una parábola: Estas partículas fueron
realmente descubiertos y se ha logrado comprobarlos mediante instrumentos
(llamados “detectores”).
El modelo estándar de las partículas
elementales
Esto
es bastante complicado ¿No es cierto? Nuestro querido Mendeléyev, hizo
tan simple y claro al mundo. También los átomos parecen estar compuestos
sólo por protones, neutrones y electrones. Pero ahora llegan estos
físicos y descubren en la radiación cósmica y en los experimentos con
los aceleradores, un montón de diversas partículas, y nuevamente nos
encontramos un tremendo revoltijo. ¿Quién ha de recordarse de todos
estos “mesones-K”, “lambda hiperones, “bariones” y “leptones tau”, y las
muchas otras partículas con nombres exóticos? Tampoco los físicos
estaban muy felices con esto, y a veces suspiraron frente al
descubrimiento de una nueva partícula: “¿Quién ordenó esto?” o “¡En vez
de otorgarle un premio Nobel, le deberían imponer una fuerte multa!”.
Pero con el tiempo, este tal llamado “zoológico de partículas” en el
cual realmente bulle de seres exóticos como en un parque zoológico, se
ha detectado un orden y algo perecida a un sistema periódico, el “modelo
estándar de partículas elementales. En él existen sólo unas pocas
partículas elementales: Quarks, “leptones” (estas son partículas que
están emparentadas con los electrones) y “bosones gauge” (las partículas
de fuerza, que gestionan la interacción – o sea, como el hueso por el
cual se pelean los perros, o las pelotas que son lanzadas de un lado a
otro).
Quizás lentamente comienza usted a creer
que me hago culpable aquí, de una disgregación del tema. Le prometo explicar
+le la partícula de Higgs, pero ahora hablo de cualquier cantidad de partículas,
interacciones y modelos. Pero ahora llego al punto: Esta partícula de Higgs es
un componente esencial del modelo estándar: Observe el cuadro de este modelo estándar,
donde se encuentra en el medio de quarks, leptones y partículas fuerza
.
Figura 1: El modelo estándar de la partículas
elementales con la partícula Higgs central
Kräfte = Fuerzas
¡Pero hasta ahora último no había sido
encontrado experimentalmente! Era algo parecido, como el elemento helio en el
sistema periódico de Mendeleyef: Una mancha blanca en un mapa. El modelo
estándar fue desarrollado en los años setenta del siglo 20. Muchos de sus componentes a la sazón ya eran
conocidos., Con el correr de los años se encontraron el resto de las partículas
pronosticadas, sólo este maldito… perdón, esta partícula difícil de evidenciar
no se dejaba descubrir. Y debido a que los físicos durante tanto tiempo la persiguieron
sin éxito, ahora naturalmente se alegran mucho, haberla descubierta finalmente.
Nota.- Estre aporte está dedicado a mi amigo
y colega Laurenz Widhalm, un físico entusiasta, que se ha comprometido
especialmente de acercar la física al público en general y en especial a la
juventud, desgraciada menta nos ha abandonado demasiado temprano.
Fuente:
http://www.science-blog.at
Traducido
del alemán por A.Gundelach, con la gentil autorización del Dr. Manfred
Jeitler
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