CAPITULO 9.- Partículas


 

PARTÍCULAS

Átomos

Electrones

Fotones

Neutrinos

Quarks

Taquiones

Partícula última de materia

Antipartículas

 

 

 

PARTÍCULAS

El Cosmos, el sistema solar, la vida orgánica y la humanidad... un sistema formado por niveles de concentración de elementos como las nebulosas, las estrellas, los planetas y sus satélites, así como todo aquello que se encuentra sobre y bajo la superficie de los planetas. Al fin y al cabo todo es energía y materia en diferentes manifestaciones y condiciones. Aún podemos simplificar más si prestamos atención a las ecuaciones de Einstein y Max Planck:

E

= h·f = m·c2

Luego:

m

= E / c2 = h·f / c2

donde E es la energía, m la masa, c la velocidad de la luz en el vacío, h la constante de Planck y f la frecuencia de oscilación de los cuantos o elementos fundamentales de la energía. De la última fórmula se deduce que la materia es energía alterada por el movimiento, o mejor dicho, por la reducción del movimiento o de velocidad, el frenado de las ondas: es como si las olas del mar se convirtieran en arena al frenarse en la playa. Cuanto menor es la velocidad de los cuantos, mayor es la masa para una cantidad de energía constante. A la velocidad de la luz toda la masa se transforma en energía, pero al ir reduciendo su velocidad, la energía se va cristalizando y se transforma en frentes de ondas que se pueden transformar en partículas cuando se colapsa la función de onda de cada frente de ondas, como vimos en Conceptos Cuánticos o en la Teoría Cuántica. Y allí donde un frente de onda se colapsa, existe la oportunidad para que lo mismo le ocurra a otros frentes de ondas, por lo que el colapso se produce, por lo general, sobre múltiples frentes de onda, lo que favorece al efecto frenado aún más. Es como tirar de varias cometas con una sola mano: tienden a juntarse. De este modo la materia no es más que otra forma de energía, por lo que todo en el Cosmos es energía que se manifiesta con diferentes capacidades y características.

No es de extrañar que existiendo tantos niveles de energía procedentes de todo el Cosmos, existan tantos tipos diferentes de materializaciones de la energía. Y es que la energía cristaliza sus frentes de onda, y cada tipo de estos cristaliza según configuraciones de las condiciones que hacen colapsar su función de onda. De este modo, los ladrillos fundamentales de que está constituida la materia, las partículas primeras que originan todo lo tangible, existen en varias clases que poseen cierta variedad de características, pese a surgir de las mismas fuentes. Los científicos los clasifican por sus efectos medibles bajo experimentación. Así se han podido clasificar las tres fuerzas de interacción atómica: electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Diferentes entre ellas por la distancia en la que se detectan sus efectos, pero todas son torsiones de la función de onda que se colapsa. Cada partícula no es en sí misma más que un vórtice o torbellino creado por una función de onda de un frente de ondas que se ha colapsado por efecto de frenado (ver Anu en Partícula última de materia), lo que obliga a que dicho frente de ondas que se ha distorsionado se repliegue sobre sí mismo (ver la escala de notas musicales en Ley de octavas y como se distorsiona al propagarse), formando una espiral helicoidal con su movimiento, lo que le da una característica succionadora o de pozo de atracción, fundamento de lo que luego son las tres fuerzas de interacción atómica citadas anteriormente y de la desconocida fuerza de gravedad: se supone (sin haberse demostrado) que el efecto succionador de ese pozo helicoidal distorsiona el espacio-tiempo que afecta a otras funciones de onda en sus cercanías frenándolas y haciéndolas propensas a colapsar en el mismo estado que dicho pozo, pudiendo generar regiones de funciones de onda colapsadas en sincronía, sumando sus acciones y que son semilla para que aparezcan cúmulos materiales. Podría ser este el origen de los primeros átomos y las primeras moléculas gaseosas que originan a las nebulosas. Así unas partículas fruto de las distorsiones del espacio-tiempo surgen del aparente vacío todo el tiempo y sin cesar, procedentes del campo de energía primordial que se expande con el Cosmos, y se dedican a cohesionar a otras partículas. Son los fotones principalmente, los bosones y los desconocidos gluones, encargados de que los átomos sean estables y parezcan a nuestra experiencia algo material, de un modo engañoso, pues no dejan de ser vórtices de energía bajo el yugo de la distorsión del espacio-tiempo.

Tabla de partículas elementales más comunes

Partícula

SIMBOLO

MASA ELECTRONICA

SPIN INTRINSECO

CARGA

VIDA MEDIA (s)

Fotón

g

0

1

0

Estable

LEPTONES:

Neutrino

nm

< 5

- ½

0

Estable

>ne

< 5 x 10-4

+ ½

0

Estable

Electrón

e-

1

½

-1

Estable

Mesón mu (muón o leptón)

m-

207

½

-1

2,2 x 10-6

MESONES:

Mesón pi o pión

p0

264

0

0

aprox. 1 x 10-10

p+

273

0

+1

2,5 x 10-8

Mesón K

K

966

0

+1

1,2 x 10-8

K0(1)

966

0

0

0,9 x 10-10

K0(2)

966

0

0

6 x 10-8

BARIONES:

Protón

p

1836

½

+1

Estable

Neutrón

n

1839

½

0

1 x 103

Hiperón Lambda

L

2182

½

0

2,6 x 10-10

Hiperón Sigma

S+

2328

½

+1

0,8 x 10-10

S0

2330

½

0

0,1 x 10-10

S-

2342

½

-1

1,6 x 10-10

Hiperón Xi

X0

2565

½

0

3,9 x 10-10

X-

aprox. 2580

½

-1

1,4 x 10-10

(pag.332,

"Nueva Guía de la Ciencia", Isaac Asimov)

 

Átomos

Átomo es un vocablo griego y quiere decir "sin división". Fue aplicado a las partes más pequeñas de la materia descubiertas por los grandes pensadores de la Grecia clásica. Pero en la era moderna se descubrió el electrón e hizo que esta denominación fuera inadecuada: la capa externa del átomo está constituida por elementos más fundamentales. Y no acaba todo aquí, la carrera de los científicos por desentrañar la estructura nuclear del átomo ha dado lugar a un catálogo de partículas fundamentales que se sale de toda lógica racional.

La gran sorpresa comenzó cuando en 1909 Rutherford observó como rebotaban los rayos

a al ser enfocados contra delgadas hojas de oro. La dispersión de los rayos que rebotaban con un ángulo mayor de 90º era tan elevada que no dejaba duda al respecto: el núcleo atómico contenía la mayor parte de la masa del átomo y su carga era positiva. En 1932 J. Chadwick descubre que los rayos capaces de penetrar en el núcleo atómico debían estar formados por partículas neutras: los neutrones, incapaces de interaccionar con cargas positivas ni negativas. Con carga neutra pero con una masa elevada (casi idéntica ala del protón), no se sostiene en estado libre pues rápidamente se desintegra emitiendo un protón, un electrón y un neutrino, en lo que se conoce como desintegración beta. No obstante, el protón admite muy gustoso emparejarse con el neutrón, debido a la interacción fuerte, lo cual da lugar a un núcleo atómico muy estable, unión que permite al neutrón mantenerse integro indefinidamente. La interacción fuerte o fuerza nuclear fuerte es la encargada de mantener unidas las partículas del núcleo. Sólo tiene efecto a distancias nucleares, por lo que es de muy corto alcance. Fue en 1935 Hidekey Yukawa quien aprovechó la idea de campo de Maxwell para lanzar la hipótesis del campo nuclear. Siendo que la teoría de campo se basa en el intercambio de algún tipo de partícula intermedia para hacer sentir sus efectos (el fotón lo es para el campo electromagnético), de modo similar había una partícula intermediaria para la interacción de la fuerza nuclear fuerte. Al igual que para el alcance infinito del campo electromagnético el fotón presenta una masa cero, Yukawa se dio cuenta de que existía una relación inversa entre el alcance del campo y la masa de la partícula intermediaria. Y debido a la corta distancia en que tiene efecto el campo nuclear, contrariamente al campo electromagnético, su partícula de interacción debería tener una masa relativamente grande, estimada en un valor de unas doscientas veces la masa del electrón, y le puso el nombre de mesón p. Estudiando las trazas que dejan los rayos cósmicos se han encontrado partículas con estas propiedades, aunque no son las mismas, sino fruto de su decaimiento, que al proceder del grupo de los rayos cósmicos se han denominado muón (m) o leptón. Ya que hablamos de los rayos cósmicos, es importante diferenciar, de entre las radiaciones que los forman, a dos grandes grupos:

    • la radiación suave, que puede ser atenuada con facilidad por estar compuesta fundamentalmente por fotones y electrones
    • la radiación dura, caracterizada por su gran poder de penetración, y compuesta principalmente por muones. Entre los muones cósmicos se encontraron con carga positiva y con carga negativa, en magnitud ambas idénticas a la del electrón. Los muones positivos terminan siendo positrones al decaer, y los muones negativos son captados por los núcleos pesados, para terminar formando electrones si el núcleo pesado se desintegra. Los muones no intervienen en la fuerza nuclear.

Yukawa atribuye el origen de la fuerza nuclear a los mesones

p o piones, puesto que la interacción entre dos protones o dos protones sólo se puede ocasionar intercambiando mesones neutros. Los muones son insensibles a la fuerza nuclear fuerte, y tampoco se ven afectados por esta los fotones, los electrones, los positrones y los neutrinos, debido con mucha probabilidad a que la partícula intermediaria posee un masa elevada respecto a la de estos.

El protón tiene una carga de idéntica magnitud a la del electrón, pero de signo positivo, con una masa casi 2000 veces superior a la del electrón. En átomos estables hay tantos protones en el núcleo como electrones en su corteza, y es dicho número de electrones el que caracteriza al átomo químicamente hablando, pues son los que le dan la capacidad de combinarse y unirse con otros átomos compartiendo o cediendo sus cargas negativas. Sin embargo, el número de neutrones del núcleo puede ser más variable, pues un átomo puede seguir siendo estable al perder o ganar algún neutrón, convirtiéndose en un isótopo del átomo original. Por ejemplo, el deuterio es un isótopo del hidrógeno conteniendo dos neutrones en lugar de uno, y el tritio posee tres neutrones, siendo otro raro isótopo del hidrógeno.

Según el modelo de átomo propuesto por Rutherford, los electrones deben girar alrededor del núcleo, pero esta propuesta tiene alguna objeción, pues debido a que es una partícula con carga y si gira alrededor del núcleo, debería irradiar ondas electromagnéticas por el efecto de la atracción entre cargas opuestas, y al irradiar perdería energía y su movimiento sería inestable, así como su estado alrededor del núcleo. Para explicar la estabilidad del electrón, Planck propuso que este gira en órbitas estacionarias alrededor del núcleo, y por efectos cuánticos, los cambios de energía en el átomo sólo se producen cuando los electrones son forzados a pasar de una órbita a otra. Así, como expresó Bohr en su segundo postulado, la radiación electromagnética esperada según el átomo de Rutherford se produce exclusivamente cuando el electrón cambia de órbita. Para caracterizar cada órbita y las posibilidades de que existan electrones en cada una de ellas, se atribuyeron unos condicionamientos matemáticos llamados números cuánticos o cuantización orbital, que determinan el número de cuantos de energía, el momento angular, la orientación y el spin, junto con una nueva ley: el principio de exclusión. Y por este último, en el átomo no pueden existir dos electrones con los mismos números cuánticos. De este modo, en cada capa u órbita hay un límite máximo para el número de electrones que la circundan. Como el spin define una rotación del electrón sobre sí mismo, como el movimiento día-noche de la Tierra, se les aparecía a los científicos como una esfera que gira como un giróscopo con carga, y por ello, con las propiedades de un infinitesimal imán, pues toda carga en movimiento genera un campo magnético en sus alrededores.

Por ahora, la imagen más aproximada de la materia que tenemos nos sugiere que está formada por átomos ligados entre sí por los electrones, y los electrones son alterados en cada nivel emitiendo o absorbiendo fotones para producir nuevas combinaciones en sus niveles cuánticos, reordenando los electrones en cada capa. Mientras tanto, el núcleo atómico influye sobre los electrones mediante la atracción entre cargas opuestas, y el propio núcleo está sometido a la fuerza nuclear fuerte, que estabiliza el núcleo, y la fuerza nuclear débil, cuyos efectos se producen durante el decaimiento o desintegración

b , en la que neutrones se convierten en protones, el núcleo emite electrones y positrones, y cuya partícula intermediaria es el neutrino, todavía no visible para nuestros científicos, aunque se han realizado experimentos de los que se ha podido deducir su existencia y su masa.

Durante la desintegración

b (es radiación de electrones), los núcleos afectados emiten electrones y positrones (antielectrones). La cuestión es de dónde surgen estas partículas del núcleo cuando antes no estaban ahí. Según la teoría de Fermi, cuando un neutrón se transforma en protón, se crea una energía extra que debe ser radiada, convirtiéndose en un electrón y un neutrino, ambos creados en el mismo momento de la desintegración, al igual que se crea el fotón en el instante de la radiación electromagnética (cuando un electrón cambia de nivel radiando energía). El electrón poseen un momento magnético intrínseco (por ser una carga en movimiento) y se le puede considerar como un pequeño imán. Si durante el decaimiento b se somete la radiación a un campo magnético externo, los electrones radiados por la desintegración se alinean con el campo externo, por la polarización. Sin embargo, no existía la simetría exigida por la ley de conservación de la paridad (que forma parte de los principios de conjugación PTC: paridad, tiempo, carga; ver Teoría de la Superfuerza), que obliga a que deberían existir tantos electrones cuyo espín fuese paralelo respecto al campo externo, como en dirección opuesta. A esto se denomina violación de la paridad, y durante la desintegración también la inversión del sentido del tiempo (T) o la sustitución de partículas (C) por sus antipartículas debe dejar inalterado el experimento, y para ello debe ocurrir que, aunque se viole alguno de los principios conjugados, debe permanecer inalterado el conjunto PTC, es decir, la conjugación de las tres variables P, T y C debe dejar invariable la descripción de cualquier fenómeno físico. Todo ello, como efecto de la fuerza de interacción débil. Existe otro número cuántico relacionado con la vida media de una partícula y su probabilidad de ser creada, de modo que las partículas que se crean fácilmente tienen poca vida media, y al contrario. Dicho número cuántico se denomina extrañeza, y se conserva en las interacciones en que actúa la fuerza de interacción fuerte (pues se crea simultáneamente una partícula asociada), y no se conserva en las interacciones en que actúa la fuerza de interacción débil, que violan esta ley aumentando la vida media en partículas de fácil creación.

Aplicando la fórmula m = E / c2 y sus consecuencias, los científicos usan aceleradores gigantes para fabricar partículas de corta vida y estudiar su comportamiento. Partiendo de la energía cinética de las partículas que chocan, las partículas resultantes no son fragmentos de las originales, sino nuevas partículas generadas en ese instante a partir de energía pura. Acción que también efectúan los rayos cósmicos al colisionar con partículas en nuestra atmósfera. Ya hemos visto que la materia se da en dos clases:

    • partículas que son afectadas por la interacción fuerte: protones, neutrones y sus piones intermediarios
    • partículas que no son afectadas por la interacción fuerte: electrones, positrones y el muón (resultante de la desintegración del pión)

Los rayos cósmicos fueron motivo de preocupación tras el descubrimiento de la radiactividad (ver Las energías) y sus efectos. A ello se sumó el que no pudiéramos evadirnos de su alcance, dado que todo es permeable a su paso, además de su constante afluencia, ya que proceden del Cosmos, no del Sol. Los rayos cósmicos están formados por protones, núcleos pesados, electrones y positrones. Ya hemos visto que la radiación

b está formada por electrones, lo que la hace casi tan penetrante como los rayos X. Los rayos a, sin embargo, rebotan ante una hoja muy fina de aluminio, aunque son difíciles de deflectar y son muy sensibles a los campos magnéticos y eléctricos. Se trata de iones del helio. Los rayos g son capaces de penetrar gruesas capas de metal, son radiación electromagnética y tienen más energía que los rayos X.

Electrones

Ya hemos citado a los electrones al hablar sobre el átomo, y sabemos que se les considera como esferas minúsculas, como puntos sin dimensiones. Pero son mucho más que eso, además de lo que todavía se desconoce de ellos.

Los electrones emiten y/o absorben fotones al cambiar de nivel o estado en el átomo, además de interactuar con los fotones en un microcosmos donde se crean y destruyen sin cesar partículas virtuales y fotones virtuales, electrones y positrones (ver QED en Teoría de Campos). Vimos que al ser una partícula con carga y estar en movimiento, genera un campo magnético. El campo electromagnético generado por el electrón produce, a su vez, fotones virtuales de corta vida. Acudiendo a los efectos del principio de incertidumbre, la norma es que un fotón virtual sale disparado desde su electrón, alcanza una distancia igual a la mitad de su longitud de onda (del fotón) y regresa de nuevo al electrón para ser reabsorbido. A menor longitud de onda, mayor energía, lo que implica que los fotones de menor energía se separan más del electrón. Con esta teoría queda una imagen del electrón como una nube de fotones virtuales en cuyo interior se encuentran los más energéticos. Es la base de la Teoría de la Electrodinámica Cuántica (QED), presentando la imagen de un vacío en ebullición por la efervescencia de los fotones. Así explica que los fotones se pueden convertir en pares electrón-positrón tomando energía del campo según el principio de incertidumbre, antes de ser reabsorbidos por los electrones. Bajo la perspectiva de la teoría cuántica, la energía del electrón más la de la nube de fotones virtuales que le acompaña, es infinita por lo que se desprende que la masa de los electrones es infinita. Esto apoya la idea de que el electrón es un punto sin dimensiones (de hecho, no se ha podido determinar su tamaño, aunque se sabe que es menor que una milmillonésima de milmillonésima de centímetro). Sólo se distingue al electrón, según la QED, por el enjambre de partículas virtuales que le rodean y la polaridad global de estas, lo que hace que más cerca del electrón se encuentren cargas más positivas y mayor sea el campo eléctrico (tendiendo a infinito en las cercanías del punto adimensional que es el electrón), mientras que las cargas negativas se alejan de él. La existencia de ese escudo virtual nos impide medir su masa y su carga infinitas, pues del conjunto queda una resultante en carga y masa que son falsas, que disimulan el valor infinito del electrón. De este modo, las cantidades medidas al experimentar con el electrón, son las cantidades finitas que todos hemos leído en los libros de química. La energía del campo del electrón se materializa produciendo un mar de pares partícula-antipartícula virtuales. Son virtuales porque al crearse violan temporalmente el principio de conservación de la energía, mientras que el principio de incertidumbre impide que se pueda observar tal violación. El número de pares aumenta con la distancia a la vez que decrece el campo eléctrico, dando como resultado un campo equivalente al de una partícula finita.

Para los estudiosos de la filosofía esotérica, todo a nuestro alrededor es un océano de Sustancia Pura, capaz de participar en la formación de cualquier otro elemento. Para ello sólo es necesario que una fuerza adecuada la invite a participar en dar forma a un objeto o a sumarse a una molécula física. Ese mar virtual de partículas virtuales del electrón está sujeto a las leyes del microcosmos de su propio electrón, y este a su vez a las leyes físicas del universo. El conocimiento de las leyes del microcosmos electrónico nos ayudará a crear formas conocidas y otras nuevas, así como a nuevas utilizaciones de la energía, al permitir que se sometan a nuestra voluntad las leyes de la escala cuántica. Incluso nuestra voluntad puede transmitir la energía suficiente como para intervenir en dicho mar virtual, elevando o reduciendo las vibraciones del aura alrededor del electrón, puesto que este aura es la que determina la calidad y el tipo de material del elemento al que pertenece: los electrones de un diamante son los mismos que los del agua, pero no son iguales sus auras. Los esoteristas más profundos, bebiendo de fuentes ancestrales, definen al electrón como un centro de Fuego inmortal, un centro de equilibrio de la Luz, en el que se produce un balance entre dicha Luz, la Substancia raíz de todas las cosas y la Inteligencia. Y el Aura del electrón es lo que para la Ciencia queda como campo de fuerza. La admiración de los filósofos esotéricos hacia el electrón va más allá de lo físico. Su definición del electrón incluye la cualidad de ser perfecto, pero al tener su aura sometida a expansión o contracción (factor determinante para traer la sustancia a la forma desde lo invisible), sufre variaciones que lo desplazan de su perfecto equilibrio a cambio de ser participe de la realidad material. Es otro modo de ver la leyenda de la caída de los ángeles para dar lugar a la existencia del mundo que conocemos: los ángeles serían los electrones perfectos, que al participar de la materia (cayendo al infierno de los pozos gravitatorios) modifican sus auras para ganar en manifestación a costa de su perfección.

Al considerar que el electrón posee cierta cualidad de Inteligencia, los esotéricos aseguran que el ser humano es capaz de intercambiar con él información a través de dicha Inteligencia, pudiendo hacer del electrón, por este medio, un elemento al servicio del humano manipulando la contracción y expansión de su aura o mar de partículas virtuales.

 

Fotones

Lo normal es que al oír la palabra "fotón" la mayoría de nosotros pensemos en la luz. Pero no es un concepto tan sencillo como parece. En su lejano origen, el universo surge de una lucha entre elementos primordiales y primigenios, lucha que ha continuado hasta alcanzar el equilibrio necesario para generar lo que ahora es el cosmos. Teniendo en cuenta las altas energías y densidades de la gran explosión originaria del universo, tras t = 0 s (inicio del espacio-tiempo), durante t = 10-4 s y 10-1 s el universo estaba dominado por la radiación. Por cada protón o neutrón existían mil millones de fotones muy energéticos (cuantos de radiación). Cuando el universo tenía un millón de años de edad, la radiación y la materia reaccionaban escasamente, motivo por el cual los átomos eran mucho más estables: de cada 100.000 átomos quedaban libres tan solo un electrón y un protón. En ese plazo, los fotones han alargado su longitud de onda mil veces. Es la era del desenganche, a partir de la cual las partículas (y agrupaciones de ellas) neutras interaccionan raramente con la radiación. A partir de entonces la materia y la distorsión del espacio-tiempo provocan la aparición de los campos gravitatorios y estos curvan las trayectorias de los fotones, es decir, los rayos luminosos. Es una muestra de que ahora es la materia la que se atreve a molestar a los fotones, frenándolos.

Ya sabemos que la luz es un fenómeno de carácter ondulatorio, como cualquier energía que provenga de las partículas (ver Principio de incertidumbre). De hecho el fotón es una partícula que a la vez se comporta como una onda. En 1801, Thomas Young experimentó con un haz de luz haciéndole pasar por una doble ranura y proyectándolo en una pantalla (ver Entrelazamiento), observando que aparecían una serie de franjas en las que se alternaba luz intensa con luz casi imperceptible, lo cual es característico de los sistemas ondulatorios (en estos, las crestas de las ondas que se interfieren entre sí pueden sumarse o anularse según el tipo de interferencia y la sincronización de las ondas, dando esa alternancia de franjas luminosas y oscuras). Sin embargo Einstein comprobó (experimentando con el efecto fotoeléctrico) que la luz se comportaba como partículas, a las que llamó fotones, y lo hacían en base a la recién establecida ley de Max Planck:E = n · h · f , donde E es la energía, h es la constante de Planck (la constante más pequeña que permite la naturaleza para sus unidades de energía), f es la frecuencia ondulatoria y n es el número de unidades (cuantos) expresada siempre en números enteros. Y es así por que un sistema no puede absorber o emitir cualquier cantidad de energía en forma de radiación electromagnética, pues la energía es siempre un múltiplo entero de una frecuencia ondulatoria, por lo que al tratarse de unidades enteras es claramente el típico comportamiento de partículas ondulantes. Es decir, la luz está formada de partículas y de ondas. O mejor dicho, la luz es una onda con la capacidad de comportarse como partícula (ver Conceptos Cuánticos). Cuando la función de onda se colapsa, la onda se comporta como una partícula.

Retomando el fenómeno fotoeléctrico de los metales, ya en 1900 se había experimentado tal efecto haciendo incidir luz sobre un metal de superficie muy pulida y en el vacío. Se pudo experimentar que:

. no se emitían electrones si la frecuencia de los fotones no superaba un valor umbral determinado

. por encima de la frecuencia umbral, la energía cinética de los electrones aumenta proporcionalmente a la frecuencia de la radiación incidente

. a mayor intensidad de la radiación incidente mayor número de electrones emitidos por unidad de tiempo, pero la energía cinética de estos no aumenta

Al incidir un fotón sobre el metal, entrega su energía a un electrón y este emplea parte de ella para subir a un nivel por encima de las fuerzas de atracción de su átomo, y la restante para aumentar su propia energía cinética.

Tras realizar experimentos para tratar de determinar si los fotones son ondas o partículas, experimentos que tratan de medir la trayectoria de los fotones, la conclusión ha sido que a medida que se afinan los instrumentos de medición de la trayectoria (prevaleciendo el aspecto corpuscular) más difícil es captar su característica como onda. Experimentos recientes han conseguido que se pueda medir la trayectoria y que la característica de onda siga siendo mensurable (mediante el experimento de las dos rendijas y las líneas de interferencia, ver experimento en Multiverso). Con ello se ha demostrado que las partículas se siguen comportando como ondas incluso cuando son emitidas una a una. Esto ha llevado a los científicos a sugerir que el aspecto corpuscular de las partículas no es su aspecto real, y que sí lo es su aspecto ondulatorio (ver Teoría cuántica), siendo su comportamiento corpuscular uno de los efectos (el más mensurable) de la onda colapsada. La onda asociada de cada partícula se caracteriza por lo que se conoce como función de onda

y, de modo que es dependiente del producto de una función espacial y0(x,y,z) y un factor amortiguante en el tiempo:

y

( ) = y0( ) · e-2·i·n·t donde y0( ) es un valor correspondiente a una función de amplitud dependiente de las coordenadas espaciales, y al calcular su derivada se obtiene

Dy

0 = (8 · p2 · m / h2) · (E – V) · y0 siendo V la energía potencial y E la energía total, y que resulta ser la ecuación de Schrödinger, interpretada por él mismo como un paquete de ondas.

Sin embargo esta hipótesis no se sostiene pese a que sus resultados analíticos son correctos. Y la falta de coherencia se da en que en la función de onda el valor exponencial negativo del tiempo obligaría a que el paquete se disipe con el tiempo (tiende a cero cuando t tiende a infinito), siendo que en la derivada

Dy0 no depende del tiempo. Además, la ecuación de Schrödinger es muy complicada de usar para el cálculo de la interacción de dos partículas en el choque de sus dos paquetes de onda respectivos. Max Born ha conseguido presentar una herramienta más comprensible y fácil de usar planteando los distintos sucesos como leyes probabilísticas, dando origen a la mecánica cuántica. De esta interpretación surgen los siguientes conceptos:

y

no tiene un significado físico real

y

2 es una función que representa la probabilidad de encontrar al electrón en una zona determinada del espacio. Puesto que al electrón se le puede considerar como una nube o vórtice de cargas, el valor y2 en un punto determinado será siempre proporcional a la densidad de carga en dicho punto

Orbital: es aquella zona del espacio donde la probabilidad de encontrar al electrón es superior al 90%, pese a que no se puede conocer el movimiento que realiza el electrón en dicha zona

Ideas fundamentales de la mecánica cuántica:

    • los átomos y las moléculas sólo pueden existir en ciertos estados de energía. Cuando un átomo o una molécula cambia de estado necesita absorber o emitir una cantidad de energía que le permita permanecer en tal estado
    • cuando los átomos o las moléculas absorben o emiten fotones, la longitud de onda de los mismos siempre cumple la siguiente ecuación: Ei – Ef = h · c / l ; siendo h la contante de Planck, c la velocidad de la luz y l la longitud de onda
    • los estados de energía permitidos para los átomos y las moléculas se pueden describir por conjuntos de números llamados números cuánticos. Cuando se estudia la solución de la ecuación de Schrödinger para el electrón del átomo de hidrógeno, se observa que viene en función de tres números cuánticos relacionados entre sí: m, n y l. Cada grupo de estos tres números m-n-l definen un orbital atómico.
    • n:
    • se le conoce como el número cuántico principal y determina la energía del electrón y su distancia más probable entre el núcleo y los puntos de la nube de carga donde la probabilidad de encontrar al electrón es máxima. Su valor puede ser desde 1 a infinito, siempre en números enteros. A mayor valor, mayor energía en el electrón y mayor será el tiempo que pase alejado del núcleo de su átomo.

    • l:
    • número cuántico secundario o azimutal, determina la forma de la nube de carga asociada al electrón, es decir, la forma del orbital. Proporciona una medida del momento angular del electrón, y puede tomar valores entre 0 y n-1. Este número cuántico es indicativo de una especie de subnivel que puede ocupar el electrón. Los tipos de orbitales más probables se han denominado por letras: l = 0 es s; l = 1 es p; l = 2 es d; l = 3 es f y cada una de estas letras es un orbital con una forma diferente. En cada nivel de energía el valor máximo de l es n-1, es decir, que en el primer nivel energético l = 0 (pues n = 1), lo que obliga a que en dicho nivel sólo existe el orbital tipo s

    • m:
    • denominado número cuántico magnético e indica la orientación en el espacio de cada tipo de orbital. Sus valores van desde –l hasta +l

Número n

Número l

Número m

Orbital

1

0

0

1s

2

0

1

0

-1, 0, +1

2s

2px2py2pz

3

0

1

2

0

-1, 0, +1

-2, -1, 0, +1, +2

3s

3px3py3pz

3dxy3dyz3dxz

3dz23dx2-y2

  • orbitales s: existe un orbital s en cada capa principal, y la probabilidad de encontrar el electrón a una determinada distancia del núcleo es la misma en todas las direcciones del espacio, lo que le confiere simetría esférica
  • orbitales p: en cada nivel n existen tres orbitales p de la misma energía pero distinta orientación espacial: cada uno de ellos está orientado según las tres direcciones del espacio (px , py , pz) y su trayectoria se desarrolla en forma de 8. En el px la densidad de carga es simétrica respecto al eje X, en el py es simétrica respecto al eje Y, y en el pz es simétrica respecto al eje Z
  • Existe un cuarto número cuántico, el spin, denominado s, y que determina el giro del electrón sobre sí mismo. Vale+1/2 ó –1/2.
  • Cada orbital queda caracterizado por sus tres números cuánticos n-l-m, y el electrón se caracteriza por sus cuatro números cuánticos n-l-m-s
  • Al igual que la materia, la energía también tiene sus componentes individuales: los cuantos o paquetes de energía. No obstante, las partículas tienen la propiedad añadida de poseer ímpetu lineal. Compton tuvo la capacidad de experimentar y descubrir que al chocar un cuanto de luz contra un electrón, transforman su energía y su ímpetu respectivos tal y como se esperaría cinemáticamente del choque entre dos partículas.

    Onda y partícula, energía y materia, son extremos de una misma cuerda, y el tránsito de un extremo al otro se rige mediante las leyes de la relatividad y de la mecánica cuántica. El campo de la materia del universo conocido se describe mediante las funciones de onda de los pares electrón-positrón, mientras que el fotón es el cuanto del campo electromagnético y el electrón el cuanto del campo eléctrico. El campo electromagnético generado por el electrón produce, a su vez, a fotones virtuales de corta vida. Por otro lado, la luz recorre un metro en el plazo de vida de un electrón. Ver Estructura atómica del Universo. Al deducirla del principio de incertidumbre, la regla es: un fotón virtual sale disparado desde su electrón, alcanza una distancia igual a la mitad de su longitud de onda (del fotón) y regresa de nuevo al electrón para ser reabsorbido. Para una menor longitud de onda, mayor vibración y energía, lo que implica que los fotones de menor energía se separan más del electrón. Es una imagen del electrón como una nube de fotones virtuales en cuyo interior se encuentran los más energéticos, y es la base de la Teoría de la Electrodinámica Cuántica (QED), con la imagen de un vacío en ebullición por la efervescencia de los fotones, y se usa para describir la interacción entre partículas: todas las partículas con carga interaccionan entre ellas intercambiando fotones, produciendo fuerzas de atracción o repulsión, y los fotones se encuentran formando una nube probabilística alrededor de la partícula con carga, nube con una masa infinita negativa, que contrarresta la masa infinita del electrón, resultando una masa medible, la masa característica de dicha partícula con carga. Es como si el electrón en realidad no existiese, sino que es un microcosmos formado por fotones de diferente nivel energético que se han embrollado entre sí para formar un ovillo borboteante de fotones, de tal modo que bajo determinados experimentos se comporta con una carga global negativa y finita, con una masa resultante también finita. No es una idea descabellada si recordamos que en el génesis del universo todo era radiación, y que esa radiación sufrió deceleraciones de tal magnitud que infinidad de fotones se pudieron encontrar atrapados en remolinos, colapsos de su trayectoria, generando así las partículas elementales como el electrón, el protón o el neutrón, y nuestras mediciones sólo captan el aspecto global de cada partícula, siendo que tal vez su realidad es que están formadas de luz y nada más, luz formada por fotones poco energéticos, de varios niveles de energía diferentes, niveles a los que hemos llamado quarks.

    También el fotón juega un importante papel en la constitución del átomo, y no sólo como componente del electrón, sino como elemento equilibrador entre los componentes atómicos. Por el denominado Desplazamiento de Lamb, cuando un electrón salta de un nivel más energético a otro menos energético dentro del átomo, se irradian fotones para equilibrar la energía del átomo. La frecuencia de dichos fotones sufre un desplazamiento debido a la interacción de dichos fotones con el ZPF (ZPF, zero point field, el concepto de vacío se ha transformado en un campo de punto cero que es energético incluso en el cero absoluto de temperatura, que es raíz de todos los campos y fuerzas que conocemos; ver Conceptos Cuánticos).

    Ya a comienzos del siglo XX Einstein dio explicación al fenómeno por el cual al incidir radiación luminosa sobre determinados metales, se producían en estos pequeñas corrientes eléctricas. Según explicaba, cada fotón que incide sobre el metal apropiado interacciona con un electrón del átomo, y de modo probabilístico, es capaz de sacar a dicho electrón de su posición en el átomo, dejándolo libre para participar en un intercambio de cargas, que da como fruto una corriente eléctrica al confluir tales cargas en un flujo común. Los generadores fotovoltaicos o placas solares funcionan aprovechando con gran eficacia dicho fenómeno.

    Se considera al fotón como el corpúsculo elemental de las ondas luminosas y de todas las ondas electromagnéticas. La fórmula que expresa su energía es E = h ·n siendo h la constante de Planck y n la frecuencia de la onda. Al igualar esta ecuación a la de E = m · c2 se puede deducir la masa del fotón m = h ·n /c2

    De Broglie hizo un razonamiento en el que asocia una onda a cada partícula que se mueva con velocidad v, y tal onda debe tener una frecuencia

    n y una longitud de onda l , de modo que resulte que n · l · v = c2 , que es una relación entre la velocidad de la partícula y la de su onda asociada.

    Otro misterio es si el fotón se puede clasificar como partícula o antipartícula (la antipartícula es antimateria, es decir, cada antipartícula reacciona con su partícula generando una gran explosión y desapareciendo ambas), ya que toda la energía está formada por fotones. No se puede convertir un fotón en electrón o antielectrón, pero es posible que un fotón de rayos gamma con la energía adecuada se transforme en un par electrón/positrón (el positrón es el antielectrón, su antimateria) como vimos en la Estructura atómica del universo, y por la deducción de la conocida ecuación de Einstein E = m·c2 sabemos que cualquier partícula de masa m es capaz de generar una gran energía E si se acelera hasta la velocidad de la luz c. Y también al revés, una radiación de energía E equivale a una masa m = E/c2. Por ello, un paquete o cuanto de radiación (un fotón) se puede convertir en materia con una masa determinada por su energía y velocidad, y siempre cumpliendo las reglas cuánticas, bajo las cuales cualquier onda se puede considerar como partícula, y cualquier partícula como una onda. Luego el fotón se puede transformar en partícula y en antipartícula. Eso le permite existir en un universo mucho más complejo que el que conocemos (sólo conocemos el universo de las partículas, y si existen universos de antipartículas es algo que ignoramos, pues no detectamos interacción con ellos, o la interacción se produce sin que seamos conscientes de ella), y nos abre una puerta a suponer que la realidad del cosmos es mucho mayor de lo que nos atrevemos a imaginar. Así, el mundo material y el mundo inmaterial usa de los fotones para manifestarse, lo cual explica el borboteo de fotones del "vacío" cuántico. Pudiera ser que tal borboteo sea la interacción entre nuestro universo y el resto del Todo del Cosmos, ese intercambio entre las dimensiones de lo conocido y las dimensiones de lo desconocido, como un fluir constante entre dimensiones y que explicaría por qué al universo le falta tanta materia para ser lo que se supone que es.

    La mente privilegiada de Einstein aún fue capaz de plantear un nuevo reto mediante una experiencia imaginaria. Parte del hecho de que un imán en movimiento induce un corriente eléctrica en un conductor eléctrico cercano: es un efecto del campo magnético en movimiento, produciendo un campo eléctrico. Pero ocurre lo mismo si en lugar de mover el imán movemos el conductor en las cercanías del imán inmóvil siendo que con un campo magnético inmóvil no se produce campo eléctrico. Pero lo cierto es que se produce igualmente el campo eléctrico, por que lo que de verdad importa (lo sabemos gracias a Einstein y su capacidad para no acomodarse a los conceptos establecidos), es el movimiento relativo. Las ondas luminosas son un campo electromagnético de alta frecuencia. Einstein nos propuso un juego: imaginemos que en lugar de ver venir las ondas luminosas nos dedicamos a viajar junto a ellas a la velocidad de la luz. El movimiento relativo entre nosotros, como viajeros, y el campo electromagnético de los fotones sería nulo. Los campos parecerían no moverse, cosa inadmisible por la naturaleza, pues un campo electromagnético inmóvil no puede existir en ausencia de cargas eléctricas e imanes. Esta contradicción de la naturaleza fue resuelta por el propio Einstein en su artículo de 1905 titulado "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento". Según expuso en este, las contradicciones de la teoría electromagnética desaparecían si se supone que la velocidad de la luz es invariable para cualquier observador en un estado de movimiento uniforme: la base de la teoría de la relatividad especial. Este concepto es un tanto misterioso por que quiere decir que siempre que nos movamos sin aceleración, incluso si vamos a la velocidad de la luz, no podremos nunca alcanzar a un fotón, pues incluso igualando nuestra velocidad con la suya, si nuestra aceleración es cero, nos seguirá pareciendo que los fotones se desplazan a casi 300.000 km/s en el vacío. Del mismo modo que la mecánica cuántica nos dice que las leyes del macrocosmos no son aplicables al microcosmos, la teoría de la relatividad afirma que los cuerpos que se desplazan a la velocidad de la luz o próxima a ella, no se comportan como los cuerpos a una velocidad muy inferior. De hecho, el experimento anterior es imaginario porque obviamente no podemos acompañar a un fotón en su trayectoria sin sufrir, nosotros mismos, una transformación tan importante como para que dejemos de estar en la dimensión actual, y pasar a nuevas dimensiones o estados bajo otras normas físicas distintas a las que ahora nos mantienen. El fotón marca la diferencia entre nuestro mundo conocido y el mundo al que llamaríamos el Todo, que se rige por reglas más afinadas, complejas y completas de las que nos atrevemos a soñar.

    Bien, parece que nuestro fotón es un corpúsculo misteriosísimo:

      • viaja a la velocidad de la luz para cualquiera que lo observe, aunque también el observador se mueva a la velocidad de la luz (hecho imposible de producirse, hasta donde sabemos)
      • es elemento generador de partículas y de antipartículas
      • se desplaza a la velocidad de la luz desde el mismo instante en que nace, sin periodo mensurable de aceleración

    Tengo la sensación personal de que el fotón y el conocimiento profundo de sus leyes fundamentales nos puede abrir la puerta a dimensiones necesarias para que la humanidad siga avanzando en el futuro, tanto en la conquista del universo como incluso en la conquista de nuestro propio organismo.

     

    Neutrinos

    A pesar de la velocidad a la que se mueven los fotones, la transmisión de energía por medio de ellos se puede considerar que es relativamente lenta. Los fotones interaccionan en gran medida con la materia, como por ejemplo ocurre en el Sol, donde los fotones se generan en las reacciones del núcleo solar y se abren paso hacia la superficie, tras haber interactuado en innumerables absorciones y reemisiones con otras partículas o átomos. De hecho, la temperatura en el núcleo solar es de unos quince millones de grados centígrados, mientras que en su periferia es de unos seis mil grados. Esta pérdida de energía se produce por varias causas, pero entre el 6% y el 8% de estas pérdidas se producen emitiendo radiaciones rápidas de neutrinos. Los neutrinos son unas partículas muy especiales, como vamos a ver. Cuando el neutrón se desintegra, desprende un protón, un electrón y un neutrino. En realidad, durante la desintegración del neutrón (ver desintegración beta en Estructura atómica del Universo), para que se cumpla la ley de conservación de la energía por efecto de la masa perdida por el núcleo en la desintegración, la teoría necesita la existencia de una partícula que no tenga ni masa ni carga, pero con movimiento a la velocidad de la luz y con energía. Es un argumento ficticio para cumplir una ecuación matemática. Lo peor de todo es que el argumento del neutrino ficticio también es necesario para que se cumpla la ley de conservación del espín y la de la conservación del principio partícula-antipartícula.

    En el interior del núcleo solar se producen las transformaciones de neutrones en protones, de tal modo que es la fuente más importante y cercana de neutrinos. Los neutrinos no interaccionan con la materia, de modo que uno de ellos que partiera del núcleo del sol podría atravesar una galaxia completa sin tener la más mínima probabilidad de ser absorbido, ni aunque la galaxia fuera de plomo, viajando a la velocidad de la luz y sin alterar su dirección. La teoría dice que en casos muy particulares, como podría ser una supernova, los casi 6.000.000.000 oC que alcanza el núcleo de la estrella se transfieren a los neutrinos en forma de energía y tan rápidamente que la expulsión de tanta densidad de neutrinos enfría el núcleo del astro, contrayéndolo a tal velocidad que se produce el colapso de la estrella.

    Fueron detectados por vez primera en 1968 y las técnicas para detectarlos son muy complejas debido a la casi nula interacción del neutrino con la materia. No obstante, el estudio teórico de los neutrinos en su versión más común, la conocida como electrón–neutrino (los neutrinos sufren oscilaciones, llamadas "sabores" que los transforman en tres tipos distintos de neutrinos), le han calculado una masa de unos 40 eV (1/13.000 de la masa del electrón) lo que les confiere una masa indetectable, pero no nula. Como sólo se han detectado estos electrón-neutrino, los otros dos "sabores" son desconocidos experimentalmente. En el año 2001, el sistema de sensores altamente sensibles instalado en Sudbury (Canadá) ha podido ayudar a certificar que el neutrino tiene masa, aunque los neutrinos detectados dieron el equivalente a una masa bastante inferior a la esperada. Todo esto se podría utilizar para apoyar la teoría de que el 99% de la masa del universo está todavía por condensar y se encuentra transportada en forma de neutrinos, masa suficiente para cerrar el universo y que llegado el momento detendría la expansión y hacer que se produjera la subsiguiente contracción.

    Quarks

    Debido a la gran cantidad de partículas diferentes descubiertas en el siglo XX, los físicos empezaron a pensar en hacer una tabla de clasificación (ver tabla resumida en Partículas). Al igual que pasó con la tabla de elementos químicos de Mendeleiev, se descubrieron huecos en la tabla que parecía muy probable que pertenecieran a partículas no descubiertas pero que gracias a la predicción más tarde pudieron experimentarse (mesón h y W-). En la búsqueda de las partículas que debían ocupar esos huecos, Murray Gell-Mann , en 1964, presentó un nuevo término: los quarks. Es un nombre para un artificio ideado para dividir a las partículas elementales en partes más pequeñas, los quarks, y poder crear partículas reales y ficticias con diferentes combinaciones de quarks. Con un grupo de tres quarks se puede componer cualquier partícula de tipo barión (como son el protón y el neutrón). Las partículas que están compuestas de quarks también se las denomina hadrones. La propiedad más peculiar de los quarks es que tienen carga eléctrica con valor de una fracción del electrón, en contra de toda la anterior suposición de que todas las partículas fundamentales o no tenían carga o era múltiplo entero de la del electrón. Pero el artificio de los quarks explica limpiamente las interacciones en el mundo de las partículas fundamentales. Así, el protón, el neutrón y los piones (portadores de la fuerza de interacción fuerte), están formados por una combinación de dos tipos de quarks, tomados de tres en tres: up (arriba) con una carga 2/3 (la fracción siempre es de la carga del electrón), y down (abajo) con una carga –1/3. Para sus respectivas antipartículas existen los correspondientes antiquarks: antiquark-up con carga –2/3, y antiquark-down con carga 1/3. Por ello, queda como sigue:

      • el protón estaría compuesto por dos quarks-u y un quark-d: 2/3 + 2/3 + (-1/3) = +1
      • el neutrón estaría compuesto por dos quarks-d y un quark-u: -1/3 + (-1/3) + 2/3 = 0
      • los piones estarían compuestos por pares quarks-antiquarks: up más down dan pi+ ; down más anti-up dan pi- ; up más anti-up o down más anti-down dan pi0

    No se han podido detectar todos los tipos de quarks experimentalmente con total fiabilidad (falta por asegurar los experimentos con el quark "verdad") aunque sí sus efectos, y se ha dado la explicación de que esto es así debido a que los quarks se mantienen fuertemente unidos intercambiando gluones (partículas ficticias por el momento). Los gluones interaccionan unos con otros y, como la interacción fuerte es bastante débil en distancias cortas (como dentro del protón, por ejemplo), el efecto de los gluones hace que la interacción sea más fuerte a distancias mayores, de modo que es capaz de unir protones a pesar de la repulsión entre cargas eléctricas. El símil es el de una goma elástica que tiene un quark en cada extremo: cuanto más se estire la goma separando ambos extremos, más fuerza es necesaria para seguir estirando. La goma es, en la constitución de la partícula, una corriente de gluones que se están intercambiando ambos quarks. Si se estira la goma hasta la ruptura, se crea un nuevo quark en cada uno de los dos nuevos extremos, como ocurre con los polos de un imán que se parte en dos. Siempre emergen en parejas unidos por una corriente de gluones (los gluones siempre se trasladan en cúmulos).

    En 1964, el equipo Kendall-Panofsky se dedicaron a experimentar la estructura interna del protón. Para ello usaron electrones de muy alta energía como proyectiles contra los protones. Descubrieron que los centros dispersores dentro del protón podían ser explicados mediante quarks, pues se requería de espín ½ y carga eléctrica fraccionaria para explicar los resultados de los experimentos. Era el primer apoyo a la teoría de los quarks.

    Los quarks existen presentando las siguientes cualidades, llamadas con nombres un tanto fuera de contexto, y que diferencian a unos quarks de otros:

      • sabor
      • ; varios tipos:

      • arriba
      • ; con carga eléctrica 2/3

      • abajo
      • ; con carga eléctrica –1/3

      • extraño
      • ; con carga eléctrica 2/3, se hace necesario para definir a ciertas partículas que han durado, extrañamente, más de lo que se esperaba de su tiempo de desintegración. Es más pesado (un 50% más) que los dos anteriores, y no se encuentra dentro del protón ni del neutrón

      • encanto
      • ; en 1974 Richter y Chao Chung aislaron partículas que presentaban las cualidades de un quark que emparejaría con el quark extraño (pues los quarks se presentan en parejas); con este quark se explican una serie de partículas que apoyan la teoría QCD, de la que hablamos más adelante

      • belleza
      • ; cualidad descubierta en 1977 experimentando con mayores aceleradores de partículas

      • verdad
      • ; desconocidos hasta 1994, año en que el laboratorio Fermilab de Chicago pudo hallar sus trazas; se les calcula con una masa superior a los 23GeV

      • color
      • ; es una cualidad parecida a la carga eléctrica, pero en tres tipos:

      • color rojo
      • color verde
      • color azul

    Los quarks tienen color positivo y los antiquarks tienen color negativo o anticolor. La adición de un color con su anticolor, o la suma de los tres colores, tiene como resultado un color cero o incoloro para la partícula. Color y anticolor, y los colores distintos entre sí, se atraen, y los colores o anticolores iguales se repelen. Los quarks, por todo ello, tienden a agruparse para formar partículas incoloras, por acción de los teóricos gluones, responsables de la unión de los quarks por medio de el intercambio de color. El problema es cómo definir el campo gluónico. La cualidad del color hace que el número de quarks posibles se multiplique por tres.

    Lo curioso de la teoría de los quarks es su facilidad para explicar la composición de las partículas compuestas (neutrón y protón, como ejemplo). Además, parece que los quarks puedan moverse libremente dentro de los hadrones, aunque no pueden escapar de ellos gracias a los gluones. En la Teoría Cromodinámica Cuántica (QCD, Quantum Chromo Dinamics) se define al quark (caso que pudiera ser visto en libertad) rodeado de una nube de pares quark-antiquark virtuales que apantallan la carga (el color), del mismo modo que ocurría con los electrones. Pero a diferencia de lo que ocurría en la Teoría Electrodinámica Cuántica (QED, Quntum Electro Dinamics), en la que los responsables del campo son los fotones (neutros), en la QCD los gluones poseen una carga (color) diferente de cero. Por ello, al aumentar el número de gluones con la distancia entre quarks, también aumenta la carga de color, aumentando la fuerza entre quarks, efecto denominado confinamiento, que evita que los quarks puedan escapar más allá del punto en que la energía de atracción del campo es equivalente a la masa de un par quark-antiquark. A partir de ese punto se deshace el enlace resorte, pero el quark no queda libre por que se han creado un antiquark y un quark nuevos, este último ocupa el lugar del quark separatista y el antiquark se une a este último para formar un nuevo enlace resorte. De este modo, los quarks no pueden ser detectados en estado libre en condiciones normales.

    SABOR

    CARGA

    COLOR

    ESPIN

    ENCANTO

    EXTRAÑEZA

    ABAJO (DOWN)

    -1/3

    ROJO, VERDE, AZUL

    1 / 2

    0

    0

    ARRIBA (UP)

    +2/3

    ROJO, VERDE, AZUL

    1 / 2

    0

    0

    EXTRAÑO (STRANGE)

    -1/3

    ROJO, VERDE, AZUL

    1 / 2

    0

    +1

    ENCANTADO (CHARMIN)

    +2/3

    ROJO, VERDE, AZUL

    1 / 2

    +1

    0

    BELLEZA o INFERIOR

    (BEAUTY o BOTTOM)

    -1/3

    ROJO, VERDE, AZUL

    1 / 2

    0

    0

    VERDAD o SUPERIOR

    (TRUE o TOP)

    +2/3

    ROJO, VERDE, AZUL

    1 / 2

    0

    0

     

    Taquiones

    Las matemáticas permiten a los físicos realizar ficción con la que después juegan a buscar la realidad. Es el caso de los trabajos especulativos de Sudarshan y Bilaniuk en 1962. Tomaron la ecuación de Lorentz que relaciona la masa y velocidad de una partícula y jugaron con las posibles velocidades que podría tener dicha partícula. Los resultados obtenidos eran satisfactoriamente explicables, pero se complicó el tema cuando se daba a la partícula una velocidad por encima de la de la luz. Si lo aplicamos a la fórmula citada, el desarrollo es como sigue:

    Si la partícula se desplaza a dos veces la velocidad de la luz n = 2·c. En tal caso:

    M' = M /

    Ö(1-n2/c2)

    M' = M /

    Ö(1-4c2/c2) = M / Ö(-3) = M / (1,73 · Ö(-1)) = 0,577 · M / Ö(-1)

    Es decir, la masa se reduce a casi un 60%, pero tiene un valor entre los números complejos o imaginarios, pues la raíz cuadrada de –1 se denomina "i" dentro del conjunto de los números complejos. Y aplicado a una cualidad real, como es la masa, no se explica lo que significa en el universo conocido, una magnitud de esas características. Pero el caso es que es un resultado que encaja limpiamente en las ecuaciones de la teoría especial de la relatividad, con otra cualidad paradójica: cuanto más lentas (más cercana su velocidad a la de la luz) viajan esas partículas hiperlumínicas, mayor es su energía (tiende a infinito en la cercanía de la velocidad de la luz). A menor energía, mayor velocidad, y si la energía es cercana a cero, la velocidad es casi infinita. Es un universo simétrico al nuestro, lo cual podría explicar su valor de masa calculado dentro de los números imaginarios, y el eje de simetría entre ambos universos lo marcan las partículas que viajan exactamente a la velocidad de la luz. Si esto se demostrara algún día, se podría encontrar la energía que requiere el universo para ser cerrado, además de un asombroso nuevo cosmos, con propiedades fuera de nuestra imaginación. Recordemos que la función de onda de la energía se transforma en partícula al colapsarse, pero si no encuentra motivo para el colapso, queda fuera de nuestros instrumentos de medida, y no hay ningún motivo para pensar que nuestros instrumentos sean capaces de colapsar todas las radiaciones del cosmos, ni siquiera una ínfima parte de ellas. Por algún motivo, solo somos capaces de colapsar las radiaciones lumínicas y sublumínicas.

    Otra particular cualidad de los taquiones, caso de poder ser detectados y utilizados, es que serían los mejores portadores de la información del cosmos: al ser tan rápidos viajeros, podrían ser los responsables de llevar los códigos de información que dan forma a todo lo que existe, incluido el campo primordial del que hemos hablado en Conceptos Cuánticos (morfogénesis). En tal caso, los taquiones serían los responsables de arrastrar el espacio-tiempo, como peinándolo y modulándolo (como el viento entre las nubes y los campos de cereales), y este se dejaría arrastrar con desidia, produciendo vórtices en las radiaciones sublumínicas que, incapaces de seguir a los taquiones, salen despedidas de la vertiginosa corriente superlumínica, formando radiaciones y colapsos de onda de los que surge el universo material.

    Partícula última de materia

    A finales del siglo XX ya era habitual, para los científicos, hablar de las partículas como "vórtices o torbellinos de energía", fruto del colapso de onda, concepto que se halla lejos de las primeras descripciones que hablaban de estructuras sólidas esféricas, como bolas. Pero ya en 1878 Edwin Babbitt, un filósofo y científico algo extraño, describía en su obra "The principles of Light and Color" lo que él llamaba átomo último, y lo hacía hablando de él como un vórtice de energía en vertiginoso giro, concepto que además coincide con el del anu: nombre que da la Teosofía a la más pequeña porción de materia en el límite con lo desconocido. También coincide con la descripción hecha por C.W. Leadbeater, Annie Besant y Geoffrey Hodson mediante sesiones de clarividencia, descripción esta última en la que aparece un movimiento en espiral sobre espiral para la partícula más infinitesimal. Es un movimiento cuya trayectoria dejaría una estela como la forma de un cable telefónico espiral, que a su vez realizara bucles espirales sobre sí mismo, dando la apariencia de una bola de espirales sobre espirales, producto de los múltiples cambios de dirección de la onda al colapsar (ver Ley octavas o del Siete). También la Teosofía describía a principios del siglo XX, con gran anticipación, a los anu como borboteando desde el plano astral (como vimos con las fluctuaciones cuánticas, en Conceptos Cuánticos y en Teoría Cuántica) del cual surgen hacia el plano físico, para regresar de nuevo en su continuo borboteo al plano de origen, incesantemente. Jinarajadasa en su libro "First Principles of Theosophy" describe así al anu:

    "Se trata de un corazón vivo, que vibra de energía; con sus tres husos (espirales) más gruesos y los siete más delgados, es también un transformador, estando compuesto cada huso de siete ordenes de espirilos. Las espirales y los espirilos constituyen la base de su estructura, y el anu está concebido para realizar un determinado trabajo. En los tres husos gruesos circulan corrientes de diferentes electricidades, mientras que los otros siete vibran como respuesta a ondas etéreas de todo tipo, a los sonidos, a la luz, al calor, etc...; muestran los siete colores del espectro; nos dan los siete sonidos de la escala natural; responden de diferente manera a la vibración física: se trata de cuerpos destellantes, vibrantes y sonoros que se mueven incesantemente, increíblemente hermosos y deslumbrantes. Por lo que se ha observado hasta ahora, el anu posee tres movimientos propios, es decir, independientes de cualquier otro impuesto desde fuera: gira incesantemente sobre su propio eje, como una peonza; describe con el eje un pequeño círculo, como si el eje de la peonza se moviera en pequeños círculos; además posee una pulsación regular, una contracción y expansión como los latidos de un corazón que, con cada diástole se llena de energía a través del vórtice y, con cada sístole, vierte un torrente de energía por su extremo sur...la energía del prana, la fuerza vital).cuando se ejerce sobre él una fuerza, danza de arriba para abajo, se desplaza violentamente de un lado para otro, realiza los giros más rápidos y asombrosos..., pero los tres movimientos fundamentales persisten. Si se hace vibrar todo a la velocidad o ritmo del que se deriva cualquiera de los siete colores, el huso correspondiente a dicho color resplandecerá refulgente."

    Para mí, después de leer lo anterior y compararlo con lo que la Ciencia moderna ha descubierto mucho más tarde (casi cien años después) me parece que Jinarajadasa no describió al anu de casualidad tras un sueño vívido. Me parece que en su visión realmente fue capaz de captar clarividentemente más de lo que la Ciencia sabe hoy sobre la partícula última en el límite de la materia.

    C.W. Leadbeater expuso en su libro "Occult Chemistry" (año 1929) la composición de los diversos elementos químicos partiendo del anu como partícula fundamental. Para él la fuerza de cohesión entre átomos es una fuerza que procede del interior del átomo y que procede de dimensiones superiores fuera de nuestra realidad común, y la identifica con la voluntad del Logos de mantener el universo tal como es.

     

    Antipartículas

    El concepto "antipartículas" surgió de los estudios del comportamiento de las matemáticas del electromagnetismo. En 1929, Paul Dirac escribió un estudio combinando, en un solo conjunto de ecuaciones, las ecuaciones de Einstein de la relatividad especial, las ecuaciones de Schrödinger sobre la mecánica cuántica, las ecuaciones de Maxwell sobre el electromagnetismo, y las propias ecuaciones no relativistas de Dirac sobre el comportamiento del electrón. Como parte del resultado, obtuvo dos soluciones para la energía del electrón, en las que se daba un electrón con energía negativa y un electrón con energía positiva, lo cual describía una realidad en la que cada partícula tenía su gemela complementaria, o antipartícula. Dirac acertó al suponer que sería prácticamente imposible detectar un electrón de energía positiva o positrón, puesto que este sería como un "agujero" en el océano de electrones de energía negativa, y tal agujero se llenaría instantáneamente con uno de estos electrones tan abundantes, desapareciendo electrón y positrón en una explosión de energía de magnitud equivalente a la diferencia de energías de ambas partículas, lo que equivale a dos masas de electrón convertidas completamente en energía. Richard Feynman se atrevió a sugerir que un positrón no se podría distinguir de un electrón que retrocede en el tiempo. Más tarde, John Wheeler resumió el modelo electrón-positrón como sigue:

      1. todos y cada uno de los electrones del universo surgen acompañados de su antipartícula, a modo de pares de partículas
      2. electrones y positrones reaccionan aniquilándose por parejas partícula-antipartícula
      3. todas las trayectorias que los electrones y positrones recorren en el espacio-tiempo comienzan y terminan con el comienzo o fin de otro positrón o electrón
      4. por ello, todas las trayectorias están unidas en una larga trayectoria que zigzagea de atrás para adelante en el espacio y el tiempo
      5. si el positrón es sólo un electrón que retrocede en el tiempo, todos los electrones observados en el universo son un solo electrón visto en diferentes puntos e instantes de una única trayectoria, lo cual explicaría que todos los electrones tengan exactamente la misma carga

    Es una consecuencia sorprendente y que no ha tenido muchos seguidores debido a la imposibilidad de ser demostrada. No obstante, la antimateria existe. Carl Anderson detectó en 1933 el primer positrón mientras experimentaba con los rayos cósmicos. Estos no son propiamente una radiación, sino que son corrientes de partículas energéticas, sobre todo protones, procedentes de todas partes del Cosmos y que atraviesan nuestro planeta. De entre las partículas detectadas en los experimentos de Anderson se vio con asombro que habían partículas con la misma masa que el electrón pero de carga opuesta, correspondiendo al positrón.

    Un rayo gamma se puede transformar, en determinadas condiciones, en un par electrón-positrón, del cual el positrón resultará rápidamente aniquilado al encontrar un electrón con el que enlazarse, resultando un nuevo rayo gamma de esa aniquilación con una energía dos veces la masa del electrón, como ya vimos.

    El electrón es una carga eléctrica en rotación, por lo que produce un campo magnético. Por ello tiene un polo magnético sur y otro norte, en el eje polar de rotación. Tal campo magnético caracteriza al electrón con un momento magnético que le permite interactuar con otras partículas y campos magnéticos. El antielectrón o positrón tiene invertida la rotación, como si el electrón se mirara en un espejo, pero tiene carga positiva, por lo que giro inverso y carga inversa producen idéntico campo magnético que el electrón. El momento magnético, sin embargo, es inverso por resultar del campo magnético y la dirección de rotación.

    La antimateria o materia espejo se puede fabricar en pequeñas cantidades en los aceleradores de partículas, pero también existe antimateria en forma natural, como los positrones que forman parte de los rayos cósmicos, y que son el resultado de las colisiones de alta energía de los rayos cósmicos con materia del cosmos. De hecho se ha podido detectar que en el centro de la Vía Láctea existe un núcleo con alta densidad de positrones, en forma de átomos constituidos por un electrón que gira alrededor de un positrón, en relativo equilibrio. Cuando el equilibrio se rompe (cosa altamente frecuente) se liberan dos rayos gamma de 511KeV de energía, valor característico de la aniquilación electrón-positrón. No obstante la aniquilación descrita, este núcleo de átomos no desaparece, sino que sigue en su posición, tiene unos cien billones de kilómetros de diámetro y lo único apreciable es que tal núcleo de alta densidad tiene un brillo variable, como si sufriera contracciones y expansiones. Los científicos que le siguen la pista creen que podría estar formado por una nube gaseosa que rodea a un agujero negro. De hecho un agujero negro puede ser una fuente de positrones, al igual que lo puede ser la radiactividad generada por una supernova, en la desintegración de sus isótopos.

    Pero, si cada partícula material que se genera va acompañada de su correspondiente partícula antimaterial, lo extraño es que sólo los positrones hayan sido detectados como antimateria generada por el cosmos. Cada partícula y antipartícula, al desintegrarse cuando se unen, generan una cantidad de energía característica, y no se detectan emisiones de tales características excepto la de la desintegración electrón-positrón. De esto se puede entender que en el universo conocido no existe la antimateria o materia espejo, probablemente debido a que el universo no es tan simétrico como se esperaba, y que no se originó con la misma cantidad de materia que de antimateria. Por la falta de simetría del universo se sabe que, debido a la forma helicoidal de rotación de positrones y fotones, los positrones emitidos en las reacciones termonucleares del interior de las estrellas rotan a la derecha con respecto a sus líneas de fuga. Esto afecta a las radiaciones lumínicas fruto de las desintegraciones de positrones, polarizando a los fotones con la misma rotación a derechas. En las estrellas de antimateria la rotación se produciría a la izquierda, pero esta radiación no escapa de la estrella de materia o de antimateria salvo en el caso de una supernova, por lo que la teoría no se podrá verificar hasta que se examinen los resultados de un acontecimiento así.

    La falta de simetría en el origen del universo puede haber causado que se creara más materia que antimateria. Durante las fracciones de segundo iniciales en la vida del cosmos se crearon la materia y la antimateria, cuando la temperatura era de mil cuatrillones de grados. Una ligera asimetría pudo provocar que por cada mil millones de partículas de materia y antimateria generadas, se generara una partícula más de materia que de antimateria, y al producirse la desintegración materia-antimateria, el universo se completó con la materia sobrante y la energía resultante, de modo que de dos causas (materia y antimateria) predominó una de ellas y se convirtió en la energía única del cosmos, de la cual surgieron las cuatro fuerzas que hoy podemos medir: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Estudiando la fuerza nuclear débil, se ha detectado también una asimetría en sus interacciones, lo cual puede que sea la huella de la asimetría original. Tal como vimos al hablar del vacío ficticio del universo y las fluctuaciones cuánticas (ver Tiempo y Espacio y Teoría Cuántica), la materia y la antimateria surgen de la "nada" espontáneamente, hablando desde nuestro punto de vista falto del verdadero conocimiento, apareciendo a borbotones del espacio "vacío", a modo de pares virtuales (es decir, temporales) de partículas. Los lugares más idóneos para esta generación espontánea son las proximidades de los agujeros negros. Pero las fluctuaciones del vacío se producen realmente en cualquier parte del Cosmos entero, y se componen de un burbujeo constante y vertiginoso de quarks y antiquarks, la verdadera naturaleza cuántica de todo lo que existe, formando partículas y antipartículas que surgen y se desintegran a una velocidad inimaginable.

    Experimentando con el Bevatrón, acelerador de partículas que se construyó en 1955 y capaz de producir haces de protones de varios miles de megaeV, se pudieron generar antiprotones y antineutrones, verificando así que ciertamente cada partícula material tiene su correspondiente antipartícula. Dirac ha visto verificada experimentalmente su teoría. Ya no hay dudas a ese respecto, pero curiosamente se han descubierto dos tipos de neutrinos: uno asociado al electrón y otro asociado al muón. Cuando se desintegra un muón emite un electrón con su antineutrino más un neutrino muónico, resultando neutrino y antineutrino pero incapaces de aniquilarse entre ellos por no ser uno la antipartícula del otro.

     

    "La doctrina secreta", H. P. Blavatsky (año 1888)

    "Fragmentos de una enseñanza desconocida", P. D. Ouspensky (año 1949)

    "Caballo de Troya 2", J. J. Benitez (año 1986)

    "La historia definitiva del infinito", Richard Morris (año 1997)

    "La estructura de la realidad", David Deutsch (año 1997)

    "Mente y materia", Erwin Schrödinger (año 1956)

    "Visiones", Michio Kaku (año 1997)

    "Descubrimientos estelares de la física cuántica", Ramón Marqués (año 2003)

    "La ciencia y el campo akáshico, una teoría integral del Todo", Ervin Laszlo (año 2004)

    "Concepto Rosacruz del Cosmos", Max Heindel, 1865-1919)

    "En busca del Big Bang", John Gribbin (año 1986)

    "La física de la inmortalidad", Frank J. Tipler (año 1994)

    "Nueva guía de la ciencia", Isaac Asimov (año 1985)

    "Explorando el mundo de la antimateria", R. L. Forward & J. Davis (año 1988)