Bases del Universo: compuestos de la materia
1. Los elementos griegos.
En nuestra tradición Occidental de investigación racional, la primera persona que se interesó en la composición, básica del Universo -phisys- fue el filósofo griego Tales de Mileto (624- 546 a de J.C).
Aristóteles (384-322 a de J.C) consignó cuatro sustancias básicas -tierra, agua, aire, fuego- para el mundo que nos rodea, y una quinta, el éter, para los objetos celestes.
2. Los elementos químicos.
Hasta la revolución científica (s.XVI-XVII) la teoría de Aristóteles era la teoría oficial. En 1661 R.Boyle (1627-1691) en su obra "El químico escéptico" sostuvo que el elemento -constituyente básico de la materia- tenía que ser comprobado en el laboratorio: Si no podía reducirse a substancias más simples, entonces, podía ser llamado elemento. Según este criterio había 12 elementos conocidos en los tiempos de Boyle. Lavoisier (1743-1794) incluyó en 1789 una tabla que contenía 31 elementos.
3.Los átomos.
Demócrito (470-380 a J.C) pensó que todos los elementos se constituían por átomos ( partícula indivisible). Resulta sorprendente que en el siglo IV a.C., Demócrito tuviera una visión o intuición genial del orden básico de la naturaleza.
J.Dalton (1766-1844) expuso la teoría atómica. A la pregunta ¿De qué está hecho el Universo?. Se podía contestar: de átomos. Había diferentes clases de átomos, una para cada elemento. Los átomos podían combinarse: moléculas.
Kirchhoff (1824-1887) y J.Angstrom (1814-1874) demostraron que los mismo átomos que existen a nuestro alrededor podían encontrarse también en los cuerpos celestes. Esta afirmación suponía la unificación entre lo terrestre y lo supraterrestre.
En 1869 se conocían 63 elementos distintos. En ese año D.I.Mendeleiev (1834-1907) publicó su primera versión de la Tabla periódica: los elementos se dividían en familias relacionadas entre sí por sus propiedades.
En la década de 1890 había más de 80 elementos conocidos y todavía no se veía el fin.
4.Electrones,núcleos atómicos.
A fines del s.XIX, los científicos estudiando los "rayos catódicos": producidos cuando una corriente eléctrica era obligada a pasar por un vacío, demostraron que la electricidad podía estar compuesta de unidades indivisibles.
G.J.Stoney (1826-1911) sugirió en 1891 el nombre de electrón para la unidad indivisible de carga eléctrica.
J.Thomson (1856-1940),demostró que la masa del electrón era más pequeña (1/1837) del átomo de hidrogeno que era el más ligero que se conocía. Así el electrón fue la primera partícula subatómica.
5. Electrones,protones y neutrones.
El núcleo atómico se componía de un número variable de partículas, fuese esta lo que fuese, que componía el núcleo de hidrógeno. Rutherford llamó protón (primero) a la partícula del núcleo de hidrogeno.
En 1932 J.Chadwick (1891-1974) descubrió el neutrón que tenía la misma masa que el protón pero no llevaba carga eléctrica. Así los núcleos atómicos estaban formados por: protones y neutrones. De la combinación de ambos se podría explicar la masa y la carga de todos los núcleos y también el spin.
Durante un cierto tiempo pareció que el Universo estaba constituido por sólo tres clases diferentes de partículas: electrones con carga negativa, protones con carga positiva y neutrones con carga neutra.
Los protones y neutrones se hallan en el centro de los átomos,en donde se forma el núcleo atómico. Los electrones están fuera de este núcleo. Los protones tienen masa o "peso". Esta masa es igual para todos los protones=+1,los neutrones también tienen la misma masa o peso que el protón. La masa de un electrón es muy inferior a 1,tan inferior que en realidad su peso es prácticamente negligible. Por tanto, la masa total del átomo está concentrada en su núcleo. La masa de los núcleos atómicos ( el número de protones y neutrones), determina el peso atómico.
En todo átomo normal el número de protones es igual al número de electrones. Por consiguiente, el átomo considerado como un todo es eléctricamente neutro.
6. Leptones y hadrones.
En 1930 P.A.M.Dirac (n.1902) señaló que cada partícula debería tener una "antipartícula" igual y opuesta. En 1932 Anderson (n.1905) detectó el antielectrón o positrón. En 1955 se detectó el antiprotón.
En 1932 parecía que bastaban dos fuerzas en el Universo para explicar los movimientos y las interacciones de todos sus componentes:
a)interacción de la gravedad, y
b)interacción electromagnética.
a) La interacción electromagnética era la más fuerte,pero la interacción gravitatoria dominaba el Universo.
En 1935 H.Yukawa (1907-1982) elaboró una teoría de interacción fuerte y Enrico Fermí (1901-1954) elaboró una teoría interacción débil. Se pudo dividir las partículas subatómicas en dos tipos: a)hadrones (fuerte) que pueden responder tanto a la interacción fuerte como a la débil (protones/neutrones:anti),y b)leptones (débil),que sólo pueden responder a la interacción débil (electron/anti).
En 1931 W.Pauli (1900-1958) sugirió que cuando era emitido un electrón en una ruptura radiactiva (alta energía) tenía que ir acompañado de otra partícula sin masa ni carga eléctrica. E.Fermi la llamó neutrino. En 1956 se descubrió el antineutrino.
Con el manejo de altas energías se detectaron diferentes particulas:1)Leptones: el muon (electrón pero 207 veces su masa), antimuon y muones neutrinos. 2) Hadrones: mesones (masa intermedia entre protón y electrón).Hiperones (masa mayor entre protón y electrón) y pion (menor masa de un protón).El pios puede ser positivo, negativo y neutro.
7. Leptones y quarks.
En 1953 M.Gell-Mann (1929) elaboró un sistema para agrupar los hadrones: para dicho sistema se necesitaban tres partículas subhadrónicas. Gell-Mann llamó quarks a estas partículas. Gell-Mann empezó con sólo dos tipos de quarks: quarks-u (la carga eléctrica era de +2/3);quarks-d (la carga eléctrica era de -1/2).
En la combinación de los quarks intervienen partículas: gluon. Si hubiese bastante energía, habría tres corrientes que formarían un trébol de tres hojas: hadrones/ antihadrones/gluones. El trébol de 2 hojas ya se formó en 1979. Se llevan a cabo experimentos para formar el trébol de 3.
8. ¿Y qué más?
Según Haim Harari plantea la posibilidad de la existencia de partículas subleptónicas y subquárkicas a las que llamó rishones que en hebreo quiere decir primero.
¿Cuándo se acabará esta cadena interminable de componentes básicos de la materia? La respuesta naturalmente está en la nueva construcción de un acelerador de partículas que promete seguir desvelando misterios sin resolver. El bosón de Higgs sería la penúltima o vete a saber, descubrimiento (2012) en esta espiral de búsqueda de los componente más elementales de la materia. La comprensión de estos mecanismos escapa a mi comprensión.
¿Y qué, con todo esto? Esta es una respuesta que cualquier escéptico podría aventurar. Algún autor -R.Rorty-, ha sugerido que este despliegue de quarks, gluones, etc., son el último empeño "metafísico" por dar razón de la realidad. La física de partículas, sería así como la mecánica cartesiana en su intento de poner en de acuerdo al Nuevo Testamento con la física de Galileo. ¿Es cierto, que está descripción de la física, expresa la realidad?. Desde la perspectiva relativista y antidogmática de R.Rorty, la física actual está en mejores condiciones de redescribir lo que anteriormente parecía la auténtica explicación de la naturaleza. Probablemente, dentro de doscientos años, otros investigadores, volverán a redescribir lo que hoy nos parece la última frontera.
Bibliografía: I.Asimov. Contando los Eones. Cap.10, págs 141-153. ed. Plaza & Janes. Barcelona, 1984.
