22
Oct
08

Partículas. Leptones. Por emilio silvera.

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 (me) 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, muón, y la partícula tau.
Neutrino electrónico, Neutrino muónico, y neutrino tauónico.

Si el electrón se considerara como una carga puntual, su autoenergía es infinita y surgen dificultades de la ecuación de Lorentz-Dirac. Es posible dar al electrón un tamaño no nulo con un radio ro’ llamado el radio clásico del electrón, dado por cm, en donde e y m son la carga y la masa del electrón y c la velocidad de la luz.

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.

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 1,672614×10-27 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 antiquark.

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

El Fotón (sí, ese que según Shahriar S. Afshar, no existe), transporta el electromagnetismo, la luz. El Gluón (sí, el de la libertad asintótica de David Politzer, Frank Wilczek y David Gross), transporta la fuerza nuclear fuerte que se desarrolla en el núcleo del átomo. El Gravitón (Sí, ese que aún no hemos localizado), nos trae y nos lleva, 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.

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…

Parece mentira como a veces, cuando estoy inmerso en mis más profundos pensamientos, y tengo una conexión directa con algo que intuyo superior, lo veo todo más claro, todo es más fácil. Haber si en uno de estos momentos puedo enganchar esas fluctuaciones de vacío en la 5ª dimensión. Me parece que debe estar cerca, ronda mi cabeza, me induce ideas nebulosas y se va corriendo a toda leche. A ver si finalmente me pasa a mí como le pasó a un amigo al que su padre le decía: “Felipe, la inteligencia te persigue, corre detrás de ti. Pero tu, eres mucho más rápido.”

¡Ya veremos en que desemboca todo esto!

Decíamos al principio que 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 entenderlos.

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.

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 antiquark).

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 dowm), y, el neutrón por udd (un quark up y dos dowm).

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 pesado, 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.

Esta teoría de los quarks completamente elaborada está ahora bien establecida por evidencias experimentales, pero como ni los quarks ni los Gluones han sido identificados nunca en experimentos, la teoría no se puede decir que haya sido directamente verificada. 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.

En las páginas anteriores, se habla del LHC, ese nuevo acelerador de partículas que tantas esperanzas ha suscitado. Puede que él tenga la respuesta sobre los Gluones y los quarks, además de otras muchas (partícula de Higgs).

Mirad como es nuestra naturaleza. Resulta que aún no hemos podido identificar a los quarks, y, sin embargo, hemos continuado el camino con teorías más avanzadas que van mucho más allá de los quarks, ahora hemos puesto los ojos y 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.
Sobre eso tengo algo que decir: Si finalmente, resulta, que dichos diminutos artilugios están ahí, tampoco serán los componentes finales, pero el avance será muy significativo. La teoría de supercuerdas, ahora refundida por E. Witten, en la teoría M, nos dará muchas respuestas.

Es curioso como se desarrollan los acontecimientos y qué caminos misteriosos escogen para salir a la luz. Como ocurre con menos frecuencia de la que podríamos desear, hoy mismo, 12 de julio de 2.007, me ha visitado (visita relámpago), mi amigo José Manuel Mora que, una vez despachados los asuntos oficiales, nos sumergimos a comentar cosas de nuestro mundo interior, sobre el poder de lo sensorial, la Física y sus secretos mejor guardados y sobre las secretas conexiones cósmicas que, según él (estoy de acuerdo), tiene una especie de sistema de seguridad para hacer posible que, en el momento oportuno, algo importante salga a la luz.

Ese algo cósmico superior, dice José Manuel, toca con su varita mágica al científico de turno que es iluminado y el encargado de publicar al mundo el nuevo acontecimiento. Pero como un seguro, a veces hace que, distintos científicos sean elegidos para hallar el mismo descubrimiento, en distintos lugares, y sin tener conocimiento el uno del trabajo del otro, resulta que ambos llegan al mismo resultado.

Esto ha ocurrido muchas veces en la Historia de la ciencia. ¿Habrá algún guardián encargado de que dicha información salga a la luz y no se pierda, y procura ese doble resorte?
¡No seré yo quien lo niegue!

Emilio Silvera.

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