FÍSICA CUÁNTICA I

FÍSICA Y CREATIVIDAD: PARTÍCULAS

Antonio Campillo Ruiz

              “Gravitation is not responsible                   “Sin ciencia, el amor es impotente;

                for people falling in love”.                         sin amor, la ciencia es destructiva”.

                               Albert Einstein                                                         Beltrand Russell

   Los cimientos históricos de la física moderna se han construido con dos tipos de materiales y con irascible enfrentamiento entre ambos, aunque los dos sean ciertos pero separadamente. Por fortuna, esta superada enemistad ha llegado a su fin y fue creada por tres conflictos. El primero de ellos se refiere a la desconcertante propiedad del movimiento de la luz, descubierto nada menos que en el siglo XIX. La diferente interpretación de Isaac Newton, que aseguraba que, si alguien era capaz de correr tan veloz como la luz, podría ir paralelo a un rayo de ella, y la de James Clerk Maxwell que defendía que tal hecho era imposible, fue resuelta por Albert Einstein y su teoría especial de la relatividad, haciendo que nuestro entendimiento del espacio y el tiempo cambiase. El segundo llegó de la mano de una de las conclusiones de Einstein, que exponía que ningún objeto podía viajar a más velocidad que lo hace la luz (300.000 km/seg). Esta conclusión ocasionaba una grave distorsión en la teoría de la gravedad de Newton y su perfecto funcionamiento experimental, de modo que Einstein volvió a resolver el conflicto en su teoría de la relatividad general de 1915, en la que enunciaba un nuevo concepto de gravedad. Esta nueva teoría llevó al tercer conflicto, el más importante y trascendental en este momento: la relatividad general y la mecánica cuántica son incompatibles. Ambas son ciertas independientemente pero no a la vez. Y este sí que es un verdadero conflicto porque los grandes avances en la investigación de la materia que se han realizado en los últimos cincuenta años, el estudio de lo enormemente pequeño, no se aviene con el estudio de lo enormemente grande.

   Durante tres décadas Einstein buscó incansablemente la teoría unificadora de la Física, una teoría que fuese capaz de tejer con los dos tipos de hilos, el de la relatividad y el de la mecánica cuántica, una tela bordada por la belleza y delicadeza de las dos teorías. No lo consiguió. No tenía ni los avances técnicos que existen en este momento ni los medios para aproximar el bello y ordenado caos de las partículas subatómicas a las majestuosas galaxias y cúmulos estelares.

   En la década de 1930 Thomson, Rutherford, Bohr, Chadwick, y otros investigadores, establecieron la estructura del átomo como un sistema solar en el que el núcleo semejaba un sol con sus planetas, los electrones, que orbitaban sin cesar a su alrededor. Este modelo, que no se asemeja a la realidad de la estructura de la materia, se sigue reproduciendo y estudiando en los libros de texto actuales. En 1968, gracias a las experiencias con aceleradores de partículas, se descubrió que los protones y neutrones, partículas inicialmente tratadas como fundamentales componentes del núcleo, no eran tales ya que estaban constituidas por otras más pequeñas y Murray Gell-Mann, que ya las había intuido con anterioridad, las denominó quarks.

   Así, el quarks existe en dos variedades: "arriba" ("up") y "abajo" ("down"). Un protón está formado por dos "up" y un "down" y un neutrón por dos "down" y un "up". A principio de la década de 1930 Wolfgang Pauli predijo la existencia de una tercera partícula en el núcleo, el neutrino, la "partícula fantasma" por su difícil interacción con otras y por ser rara de ver, si bien confirmada en 1950 por Frederick Reines y Clyde Cowan. Utilizando experimentos con tecnología cada vez más poderosa, cuatro nuevos quarks: "encanto" ("charm"), "extraño" ("strange"), "fondo" ("bottom"), "cima" ("top"), y un pariente más pesado del electrón, "tau", se añadieron a la larga lista de partículas subatómicas encontradas.

   Desde este momento histórico la Física cuántica brilló con una espléndida luz propia y se iniciaron descubrimientos científicos tan sugerentes e importantes que la estructura íntima de la materia, lo enormemente pequeño con su caos desenfrenado, ayudó a entender hechos que jamás habrían podido ser soñados por quien provocó este torrente de descubrimientos: Albert Einstein.

Es importante visionar el documental a plena pantalla.