Esas maravillosas particulas. Parte 1

No se alarmen si ven una imagen como introducción. Llamémosle innovar... con una imagen más vista que el partido Real Madrid-Barcelona.

Como verán, una de las razones por la cual puse esa imagen al principio fue como intento de restablecer las características primerizas de Taringa! si es que alguna vez las hubo; ya que particularmente, y supongo que la mayoría de ustedes también, me siento profundamente decepcionado del material que un día como hoy encontramos en Taringa!, así como también ciertos rumbos que la página está tomando o particulares Tops del momento. Pero bueno, ya habrá más tiempo para quejarse.

A todo físico de partículas o también a cualquier mero científico de computadora le llega el momento clave en su existencia donde se maravilla con las pequeñas cosas, y nunca mejor dicho, que hacen a nuestra existencia. Lejos de ser éste el momento de revelación para algunos, este post y algunos otros intentarán profundizar en esos niveles de conocimiento; pero no sin antes aclarar lo que debemos aclarar:

- Spameros, incitadores de forobardo, trolls y toda la maraña de graciosos no están permitidos aquí. Cualquier cosa que yo considere entre estas definiciones será borrada y el usuario bloqueado. Hay muchas páginas en internet en las que pueden provocar ese tipo de situaciones.
- Interesados en el tema, los asuntos que voy a tratar aquí no son de un nivel más avanzado, aunque sí algo ajeno a la cotidianeidad y por lo tanto abstracto en cierto sentido, y aunque lo dudo puede que aparezcan pequeñas barbaridades o cuestiones meramente anti-intuitiva, asi que estás avisado. Sus preguntas y dudas serán bienvenidas y trataré de responderles dentro de lo que entiendo de éste asunto. Igualmente les indico que no soy profesor, con lo cual están advertidos si lo que digo los confunde más, y en ese caso les pido disculpas; no tengo ningún título que respalde lo que voy a decir (por ahora), así que quizás diga una tremenda abominación que pueden provocar hasta constipación crónica en 'Los Elegidos' del tema, quiero decir, aquellos que ya saben sobre el asunto; y por último no puedo contestar cosas muy ajenas a éstos asuntos, ya que mi ignorancia tiende a infinito en este campo (una vez más, por ahora... O eso espero)
- Este post está enfocado a un público más bien novato, pero cualquiera puede aprender de él. Fundamentalmente no habrá matemática escondida dentro de estos asuntos, pero no te asustes si es que encuentras algo ya que estás avisado, pero igualmente no te preocupes: las explicaciones serán tanto simples como rigurosas. Además de eso, como baso mi trabajo en lo más simple de la web, no voy a evitar hacer las mismas simplificaciones o peores que allí hacen; de modo que si buscas rigor y nivel, ¡que tengas un buen día y que la puerta no te dé en el culo cuando salgas!
- Tengo un sentido del humor que puede molestarles que no voy a evitar colocar en este post. No puedo hacer nada para satisfacerlos en ese caso, así que lo más recomendable es que salgan del mismo en cuanto su paciencia se agote.

Afortunadamente para todos (y me incluyo) no será necesario apelar a la historia para analizar en perfectas condiciones lo que voy a decir, pero, una vez más, sabes que algo de historia voy a poner porque soy malote. En fin, comencemos con nuestro trabajo.




Por si no he sido demasiado detallado con el título, el post de la fecha se centrará en el estudio más o menos detallado de la mayoría de las partículas subatómicas, desde lo más familizar para nosotros que son los electrones hasta, bueno, no lo sé; abarcando consigo mínimos aspectos sobre su descubrimiento y otros aspectos históricos (como el origen del nombre), hasta sus características más importantes y su presencia en el Universo.

Pero antes de hacer cualquier análisis, tengo que instruirte una serie de términos que son fundamentales a la hora de la comprensión del siguiente texto, pero no sólo eso si no que también son recurrentes en casi toda esta rama de la física y particularmente podemos encontrarlas en artículos incluso más de noticieros, así como también este post, en dónde los encontrarás a cada momento.



- Partícula elemental: Son aquellas partículas que, hasta lo que sabemos, no están compuestas por otras partículas más simples. Digo esto porque suele haber errores a la hora de definir lo que es un protón o un neutrón: Una partícula subatómica compuesta. Un electrón es un ejemplo de una partícula elemental
- Bosones: Es uno de los dos tipos de partículas que existen. Se caracterizan por presentar espín entero y además, y quizás lo que para nosotros más importe, por ser mediador de una fuerza.
- Fermión: Es el otro tipo de partículas existentes. Los fermiones, a diferencia de los bosones, tienen espín semientero, y si conoces en profundidad la mecánica cuántica será familiar para ti que te diga que los fermiones no pueden ocupar los mismos estados cuánticos; pero si no, y te lo digo en otras palabras, no sin antes aclararte que es quizás lo que a nosotros mas nos importa, los fermiones son los constituyentes de la materia. Hay dos tipos de fermiones, los quarks y los leptones
- Quarks: Son fermiones que experimentan la fuerza nuclear fuerte y que por lo tanto son ladrillos ideales para la construcción; de partículas denominadas hadrones. Hay 6 tipos de Quarks: up, down, charm, strange, top y bottom
- Leptones: Son fermiones que no experimental la fuerza nuclear fuerte y que por lo tanto no pueden ser los cimientos de otras partículas. Hay 6 tipos de leptones: electrón, muón, tauón y tres tipos de neutrinos.
- Hadrones: Son las construcciones de los quarks. Algunos de ellos son bosones también. Encontramos dos clases de hadrones: Los mesones y los bariones. Posiblemente te suene mucho el nombre si piensas que significan las siglas del LHC
- Mesones: Son hadrones, y a la vez son bosones. Ejemplos de ellos son los pocos conocidos pión y kaón
- Bariones: Son hadrones, pero que siguen siendo fermiones. Ejemplos de ellos son los conocidos protón y neutrón, y también de los pocos conocidos hiperones.

¿Te has mareado? Yo también. No te preocupes que poco a poco irás asimilando los nombres hasta hacerlos formar parte de tu vida. Quizá pueda que no haya agregado exactamente todas las definiciones que necesito, pero cuando surja la explicaré detalladamente. Aquí tienes una pequeña gráfica (que como de costumbre no es mía) para que puedas tragarte mejor lo que te acabo de decir:



Ahora sí, empecemos con lo más básico dentro de esto: Los quarks

Posiblemente hubiera sido mejor empezar a hablar antes de otro tipo de partículas, como por ejemplo el electrón, pero por razones de organización preferí no hacerlo. Ahora bien ¿de dónde salieron esos quarks?

Hacia 1960, en lo que ya verás era el medioevo de la fiebre de descubrimientos de partículas, varios científicos, Murray Gell-Mann, Kazuhiko Nishijima y Richard Feynman, postulaban de manera independiente que existía un componente aún más fundamental dentro de los protones. Gell-Mann, posiblemente influenciado por el homónimo que aparece como onomatopeya del ruido de los pájaros en la novela Finnegans Wake, de James Joyce, los llamó quarks; nombre que hasta la fecha ha prevalecido.

Lo que también ha prevalecido es la hipótesis que aprueba la existencia de estas minúsculas partículas. Quiero decir, aún no sabemos con certeza absoluta que estas partículas existan: nunca hemos podido ver una, y esto sucede por dos razones: Primero y principal, esas cosas son endiabladamente pequeñas, osea que necesitamos inmensas cantidades de energía que nuestros colisionadores más potentes todavía no poseen, y como segunda razón, Esas cosas mueren endiabladamente rápido. Un quark top tiene una vida media de 10^-25 segundos. No sé si te haces idea de este número, pero en ese instante de tiempo a luz no podría recorrer ni siquiera la distancia de un núcleo atómico...




...Pero claro, eso no debería dar lugar a pensar que no existen; pues hay multitud de teorías científicas que se han ido cumpliendo a la perfección si se tienen en cuenta estas diminutas partículas y, además, existen multitud de experimentos que prueban la presencia indirecta de quarks. Es más, te podré explicar tranquilamente cómo son estos experimentos:

Supongamos el quark top del que hablamos hace instantes (que por cierto ya tuvo tiempo de desintegrarse unas trillones de veces desde que leíste eso hasta ahora). Como sabemos que se va a desintegrar, osea que va a dejar un rastro sea de lo que sea (interacciones varias, partículas, energía, etc) bien podemos primero evaluar un marco teórico que nos permita predeci rcómo va a ser ese rastro, y luego simplemente esperar unos 10^-25 segundos para ver si aparece. Si aparece es la prueba suficiente como para poder afirmar sin siquiera ruborizarnos que ahí hubo un quark top. Y es lo que se ha hecho muchísimas veces.

Una de las cosas fantásticas que tienen los quarks son la variedad, por llamarla de algún modo, de estos mismos. Como sabrás, existen 6 tipos de quarks. ¡SEIS!. Y son los quarks up, down, charm, strange, top y bottom. Y sí, significan realmente lo que el traductor podría traducirte: Tenemos quarks arriba, abajo, encantado, extraño, cima y fondo; los cuales son nombres tan arbitrarios como la mera palabra quark. Pero bien, el hecho que haya seis tipos de quarks y sabiendo que los quarks agrupados son los constituyentes de la materia, eso nos deja con muchísimos tipos de materia; cosa que como verás en un momento, es algo lógicamente posible pero físicamente erróneo.




Ahora bien, seguramente te estarás preguntando cómo podemos diferenciar todos esos tipos de quarks. Pues bien, los científicos cuentan con gran variedad de herramientas y de las cuales sólo puedo contarte algunas pocas. Lo primero a tener en cuenta para clasificar quarks es, sin duda, tener la certeza de que eso que estamos clasificando es un quark. Esto puede lograrse mediante la medición de su espín. El espín vendría a ser las características del giro de las partículas: el ángulo de inclinación, la dirección de movimiento, la velocidad de movimiento; aunque si queremos ser rigurosos daríamos otra definición. El espín siempre se representa con un número adimensional Ahora bien, los quarks tienen todos el mismo espín, que pueden tener el valor de +1/2 o -1/2 (recuerda esto porque será fundamental para el estudio de las próximas partículas) según su grado de inclinación.

Ahora bien, una vez identificado el quark, procedemos con la primera de las dos divisiones que realizaremos para distinguir cada quark. La primera division, entonces, consiste en el estudio su carga electromagnética. Los quarks up, top y charm tienen carga +2/3, y los quarks down, bottom y strange tienen carga -1/3. Como verás, eso nos deja prácticamente con dos tipos de quarks, con lo cual es necesario hacer la segunda división de la que te hablaba; y que consiste en el estudio de su generación.

La generación, lejos de ser lo que pensás, es una forma de dividir las partículas elementales en base a su masa. En este caso se habla de generaciones primera, segunda y tercera, de las cuales la primera generación es la de menos masa. La generación, además de determinar una forma de clasificar partículas, nos permite precedir cuánto será la vida media de las partículas: Mientras más masa tenga una partícula elemental, más difícil será encontrarla. Esto se debe a que La masa aumenta exponencialmente la inestabilidad de la masa o lo que es lo mismo, la capacidad de desintegrarse. Entonces tenemos que loso quarks de primera generación son los quarks up y down, mientras que los quarks charm y strange son de segunda generación. Por último, los quarks de tercera generación son los top y los bottom




Una característica muy peculiar de los quarks es su necesidad de estar con otro quark; es decir que absolutamente nunca podríamos encontrar quarks separados, individualistas. Y si por casualidad llegases a dar con uno, este se desintegraría casi tan rápido como el quark top de más arriba. ¿La razón? Inestabilidad ¿La causa de la inestabilidad? La verdad, no lo sé.

Ahora bien, pese a tener muchas características de los quarks, no son las únicas. Otra de las cosas que tienen los quarks gracias a su rol como fermiones es la capacidad de constituir materia; vamos, nada nuevo. El asunto es que tienen ciertas reglas de construcción, las cuales implican sencillamente que no puede haber en una misma partícula compuesta dos quarks que presenten el mismo estado cuántico. ¿Y que carajo es el estado cuántico de un quark? Pues, muy simple: es el conjunto de todas las características de ese quark o dicho de una manera miles de veces más rigurosa: Son los valores especificos de las propiedades observables físicas cuantificables que caracterizan ese quark. Pero, un momento...


Ese es la constitución de un protón. Como verás, tiene un quark down y dos quarks up, que se supone que tienen diferente estado cuántico pero en realidad tienen el mismo. Acá hay algo raro

Y sí que lo hay. No estamos teniendo en cuenta todas las características de los quarks. ¿Qué otra característica nos podría faltar? Si eres muy observador ya te habrás dado cuenta: El color de los quarks. Pero claro que no es el color que vos conocés, obviamente se trata de un pequeño juego de palabras. El color de los quarks puede ser verde, rojo ó azul y es lo que determina como sentirán la fuerza nuclear fuerte. Obviamente los nombres son arbitrarios, tanto como lo serán los sabores que también pueden poseer, o como las cargas positivas y negativas que vos conocerás: Son simplemente nombres.

Otra de las cosas que nos permiten discernir entre quarks (y que de hecho nos resulta mucho más sencillo) es su sabor. El sabor, como el color o la carga, es simplemente una propiedad; en este caso de la interacción débil. Podemos encontrarnos con 6 sabores, los cuales corresponden cada uno con un tipo de quark: u (up), d (down), s (strange), c (charm), b (bottom) y t (top).




Para ir cerrando ya con el detallado de los quarks, una última característica. Como ya sabrás, los quarks conforman hadrones, y como dije yo más arriba, los hadrones se clasifican o bien en mesones o bien en bariones. La única razón por la cual se dividen en dos es por la cantidad de quarks que tienen: Los bariones tienen siempre tres quarks y los mesones tienen siempre dos quarks. Seguramente ya lo sospecharás: Esto tiene una consecuencia enorme

Dijimos que los fermiones eran todas aquellas partículas que poseían espín semientero y que en el caso de los quarks podía ser +1/2 o -1/2. Ahora bien; si hacemos una simple suma, vamos a tener como resultado que todos los bariones (compuestos por 3 quarks) van a tener un valor entre estos cuatro: -3/2, -1/2, 1/2 o 3/2: Es decir que todos los bariones serán fermiones, osea que podrán constituir materia. Ya sabés porqué en los núcleos atómicos hay protones y no cualquier otra partícula. Pero bien, los mesones tienen dos quarks. Osea que todos los mesones tendrán que tener un valor de entre estos tres: -1, 0 o 1 ¿Te has dado cuenta ya? Son bosones. Son mediadores de alguna de las cuatro fuerzas fundamentales. ¿No te parece irónico que un par de fermiones constituyan un bosón?

Ahora bien, si los quarks han resultado en un verdadero rompedero de cabeza para ti, yo creo que la parte que sigue será realmente un infierno. Pero si no es así (y de verdad así espero), ahora pasaremos a ver los compuestos de esos quarks: Los fantásticos hadrones

Retomemos los sistemas de clasificación adoptados, también como vía para un ligero repaso: los hadrones son partículas compuestas por quarks, osea que todos sienten la interacción nuclear fuerte. Ahora bien, los quarks pueden agruparse en grupos de a dos, los cuales toman el nombre de mesones; y también en grupos de a tres, los cuales toman el nombre de bariones. Ahora bien, entre los mesones nos topamos con los kaones y los piones, que además de mesones son bosones (pero de eso luego hablaremos); y dentro de los bariones nos topamos con los hiperones, que son un conjunto de partículas muy extrañas y nunca mejor dicho; y con los conocidos protón y neutrón, de los cuales empezaremos a hablar ahora.




El protón es una partícula por demás familiar. Cómo supongo que recordarás de la imagen de más arriba, pero que a su vez no sospecho, el protón se conforma por , obviamente, tres quarks; los cuales son: up/up/down; los cuales obviamente le confieren al protón sus peculiaridades, como por ejemplo su estabilidad o su carga.

Hablando sobre la estabilidad del protón, el Modelo Estándar de Partículas, que es el que estamos estudiando, predice que el protón no se desintegra en otras partículas. Pero claro, también debes saber que el Modelo Estándar está hecho así nomás, es decir, sirve como respuesta provisoria para el estudio de las partículas, con lo cual puede que muchísimas cosas estén mal, incompletas, o vaya uno a saber qué. Ahora bien, existen teorías, la más famosa de ellas es conocida como Teoría de la gran Unificación (entre las fuerzas electromagnéticas, débil y fuerte), que predicen que el protón terminará desintegrándose, o mejor dicho y en sus propias palabras: que no se conserva el número bariónico. En fin, estas teorías sitúan la vida media del protón es de órdenes menores a los 10^35 años. Por si no te has dado cuenta, ese número es cuatrillones de veces superior a la edad del universo.

Ese número tan enorme es la razón, quizá, por la cual el Modelo Estándar sita al protón como altamente estable: Quizá no le hemos dado el tiempo suficiente a que se desintegre; porque, veamos, la vida media del protón es de 10^35 años así como la de un humano es, digamos, 80 años, pero eso no significa que no se pueda desintegrar muchísimo tiempo antes, tal cual como la vida de un humano se puede esfumar mucho antes. Y es por eso que existen muchos estudios relacionados con la vida del protón, de los cuales uno de los más importantes que puedo nombrar es el Super-Kamiokande .




La verdad que los datos sobre el protón prácticamente se esfuman aquí. Sólo hace falta decir que tiene aproximadamente 1800 veces la masa de un electrón, que evidentemente siente las 4 fuerzas fundamentales y que, bueno, si no existiese no estaríamos aquí ni yo, ni vos, ni nadie. Pasemos ahora con su hermano un poco más regordete, el neutrón

El neutrón, en palabras sencillas y a la vez muy brutas, es exactamente lo mismo que un protón salvo por dos diferencias radicales: La primera de ella es su composición en base a los quarks, es decir que se compone de la siguiente manera: down, down, up; y la segunda causa, que en parte deriva de la primera, es su masa ligerísimamente superior al protón: Un neutrón es 1,00137 más masivo que su compañero.

Ahora bien, yo supongo que ahora mismo me estarás arqueando la ceja, pensando cómo puede ser que no haya colocado la neutralidad del neutrón frente a la carga electromagética. La respuesta es que, simplemente y lejos de todo conocimiento escolar que hayas tenido sobre partículas, los neutrones si tienen carga eléctrica. ¿O es que ya no te acuerdas que el neutrón está compuesto por un par de quarks down y otro tanto de quark up? Permíteme recordarte que la carga de los quarks down es de -1/3 y la de los quarks up es de +2/3. Con lo cual tendríamos que: +2/3-1/3-1/3 = 0 ¿Y eso que significa? Pues, que el neutrón desde lejos parece ser neutro, pues es cierto que no reacciona al electromagnetismo, pero si observamos en detalle vemos como sí lo siente. Igualmente puedo decirte que el protón tiene algo de carga negativa y no estaría diciendo ninguna barbaridad.

El neutrón fue descubierto relativamente tarde, culpa de su falta de respuesta al electromagnetismo. Ya cuando 1906 cuando Rutherford predijo su existencia todavía quedaban todavía 23 años para su descubrimiento. Y obviamente que incluso en su descubrimiento no se consideró la anomalía detectada como esta partícula en cuestión. Todo por tener un quark down en vez de uno up




Una de las características más notables del neutrón es que es la partícula estable con menor vida media: Un neutrón libre (no asociado al núcleo de un átomo) posee una vida media de tan solo 15 minutos. ¡15 minutos! Ésa es la razón de que puedas encontrar muchos protones libres en el Universo, pero es muy difícil ver neutrones libres más de unos minutos. Además que, claro, el excesivo número de protones se ve todavía modificado cuando un neutrón se desintegra, ya que lo hace en un protón, un electrón y un antineutrino (no neutrino como te dije, pero era simplemente para facilitar las cosas).

Si estás un poco más adelantado que el resto y conoces sobre el electrón y/o principalmente la radiación/desintegración beta, radiación a través de la cual el electrón se convierte en "peligroso", creo yo que entenderás que el neutrón es aún más peligroso. Sepas o no sobre radiación/desintegración beta, voy a tratar de explicarte a duras penas la nocividad del neutrón:

El principal problema de la radiación/desintegración beta y de principalmente sus electrones, es que el choque de estas partículas con otras puede provocar destrucciones que, dentro de todo, son sencillas de detener por la misma carga eléctrica del electrón. Pero como sabes, podemos hacer rebotar a los neutrones mediante el buen uso de las cargas eléctricas. La única manera de detenerlos es haciendo que choquen de cabeza contra otras partículas; ahora, claro, tu cuerpo funciona como escudo también. Imagina que es lo que pasaría si varios neutrones, con toda su masa (que no es poca) golpean contra los núcleos de tus bases nitrogenadas de tu ADN... Las consecuencias no serían agradables: Eso es lo peligroso de los neutrones. Fundamentalmente, la mejor manera de protegerse es mediante paredes espesas de cemento o parafina, pero ni aún así estás completamente a salvo... Y todo por tener un quark down en vez de up.

Pero no debes guardarle rencor de ningún tipo a los neutrones, puesto que gracias a ellos los átomos (y principalmente los átomos más masivos) deben su estabilidad a esta partícula tan conocida y a la vez tan extraña.

Llegó el momento de pasarle la pelota a otra partícula, esta vez menos conocida, conocida como pión.

En esta sección tendrás un adelanto de lo fantástico que resulta ser el Modelo Estándar, todo por preguntarnos: ¿Qué es el pión?

El pión, como sabés, es un mesón. Los mesones, también como sabés, están compuestos por dos quarks; pero aquí hay algo que debo corregir. Para que un mesón de dos quarks sea considerado un pión tiene que estar constituido por dos quarks de primera generación. Con lo cual eso nos deja un abanico de cuatro posibilidades, que en realidad se traducen como tres:

La primera posibilidad nos da como resultado un pión con carga positiva. Un pión con carga positiva se denota π+ y se forma por un quark up y un quark antidown. ¿Antidown? Así es. Se trata de una antipartícula, cosa que todavía no exploramos todavía, y la verdad todavía no debemos hacerlo pues es algo demasiado abstracto y extenso para esta parte del post. Por el momento tenés que imaginarte a cualquier antipartícula como una partícula común y corriente, pero con el signo cambiado. Esto es: Si la partícula tiene signo +, su antipartícula tiene signo -, y viceversa. Si encontramos una partícula sin carga, su antipartícula tampoco tendrá carga. ¿Y entonces que cosa los diferencia? Eso lo veremos después




Ahora bien, la segunda posibilidad es muy parecida a la primera, nada más que ahora se forma un pión con carga negativa, y se denota como π-. Al igual que los π+, este tipo de piones costa de una antipartícula: un π- se forma con un quark down y un quark antiup.

Por último, tenemos las dos posibilidades sobrantes, que en realidad componen a un único pión, que se denota como π0, pues no tiene carga. Este pión está compuesto o bien por un quark up y un quark antiup, o bien por un quark down y un quarkantidown

Todos estos piones tienen una vida realmente muy corta. Los piones cargados tienen una vida media de 2,6×10^−8 segundos; pero los piones sin carga son realmente efímeros: 8,4 × 10^−17 segundos. ¡Es por eso que se demoraron hasta 1947 para, por fin, detectar esas partículas! Debes saber, claro, que Yukawa los teorizó en la década de 1930. Aunque, bueno, en los años 1949 y 1950 se dedicaron ambos Premios Nobel de Física a esta partícula. El primero fue para Yukawa, que los predijo; y el segundo fue para Cecil Powell, quien desarrolló el método para descubrirlos.

¿Son ajenos los piones a mi vida? nada más lejos de la realidad. Como supongo que ya sabrás, los piones son bosones, es decir que son medidores de una fuerza específica. Con los piones tendrás un leve pincelazo de lo que son las fuerzas fundamentales y sus partículas mediadoras, pero en fin. Los piones son los que transportan; la fuerza nuclear fuerte junto con otra partícula que más adelante analizaremos. Los piones son, entonces, los responsables de que existan los núcleos atómicos pues son las únicas partículas que colaboran a mantener el pegamento que existe entre protones y neutrones. ¿Cómo hacen esto? Pues, es algo realmente complicado, pero te haré un adelanto: Los piones, como todas las partículas, tienen varias características, pero también tiene una propiedad fundamental que es la que la diferencia de otras partículas, y es que "crea" una fuerza con su mera presencia. Ahora bien, dicho mal y pronto, entre los neutrones y protones existen "vías"; por las cuales circulan piones. Esos piones "alineados", y también por su mera presencia, crean una especie de "pegamento"; que es obviamente más fuerte que la fuerza electromagnética, por lo cual los protones se quedan todos pegados independientemente de que se repelen. Un aplauso para los piones




Dejame aclararte una cuestión. Esta explicación podría ser clasificada por un experto en el tema de varias maneras. No obstante, estoy obligado por la ley N° 26.687 a citar el siguiente testimonio: "Esa explicación es realmente una abominación para el universo. Preferiría morir ingiriendo una mezcla de detergente y lavandina antes que leerla de nuevo". Esa opinión es justamente cierta: Esa explicación está realmente mal. Simplemente lo dije como introducción a la explicación correcta de como actúan las fuerzas; ya que, como verás, es algo realmente abstracto.

Pero los piones no son los únicos mesones que existen. Ahora mismo analizaremos al kaón

Hacia el año 1947 ya era usual que cada cierta regularidad apareciera una partícula nueva. La dificultad que tenían los físicos de esa época (y también físicos más añejos y más modernos) era que no contaban con, por ejemplo, colisionadores de partículas para, por ejemplo, descubrir nuevas partículas mediante los choques que ahí realizan. Entonces, éstos científicos tenían que valerse del más puro ingenio (y también de sus cámaras especiales) para poder encontrar una partícula nueva. Eso es justamente lo que hacían los físicos G. D. Rochester y C. C. Butler en el mismo año. Y ya conocerás más o menos la historia

En busca de respuestas sobre la nueva partícula que habían descubierto (y de la cual solo habían podido estimar su masa muy burdamente como la mitad de la del protón), en 1950 instalaron cámaras especiales en el Monte Wilson; lugar en donde se detectaron decenas de estas partículas nuevas, las cuales fueron descritas con el nombre de mesones-k, nombre que luego evolucionó a kaones

Ahora, bien. Esas partículas representaban un conflicto teórico enorme para la comunidad científica. ¿Cuál era ese problema? Pues que, según los conocimientos que tenían los científicos, esa partícula debía desintegrarse en un tiempo X. La cuestión era que se desintegraba billones de veces más lento. Me explico: una de las maneras en las que se producen kaones es cuando un pión choca con un protón (por ejemplo, en el núcleo de un átomo en la atmósfera). La interacción nuclear fuerte entre el pión y el protón produce, en un tiempo cortísimo (unos 10^-23 segundos) un par de kaones, que salen despedidos en diferentes direcciones. Lo lógico sería pensar entonces que estos kaones, a través de la interacción fuerte, se desintegrasen en otras partículas igual de rápido: según salen despedidos en la atmósfera hay multitud de otros protones con los que chocar, por ejemplo. Sin embargo, los kaones vivían un tiempo increíblemente largo: 10^-10 segundos.

Antes de que te rías y me digas que 0,0000000001 segundos no es un tiempo muy largo, piensa que las estimaciones teóricas eran de 10^-23 segundos: diez billones de veces más pequeñas. Es como si se estimase la vida de un ser humano en 100 años y se encontrase una raza que vive una media de mil billones de años. Ahora bien, ¿Por qué tardaban tanto en desintegrarse estas partículas?

Tiempo y dedicación sacaron a la luz parte del misterio que envolvía a los kaones. Estas partículas, que resulta que estaban creadas por la interacción nuclear fuerte, ahora se desintegraban por la interacción nuclear débil ¿por qué la interacción fuerte, que los había creado, no era capaz también de destruirlos? Aquí es donde entran Gell-Mann, el tipo que le puso nombre a los quarks y Kazuhiko Nishijima, que por si no te has dado cuenta era 100% oriental, con la respuesta en su mente alborotada. Al final, resulta que los kaones tenían una propiedad única que los distinguía de otras partículas; una propiedad que no se estaba teniendo en cuenta; una propiedad muy extraña y misteriosa, que pasó a llamarse extrañeza (strangeness, si te gusta lo anglosajón).




Esa teoría de la extrañeza era más o menos parecida al tema de la conservación de la carga. Me explico: Cuando se crean partículas producto de la desintegración de otra, todas las características que poseían deberían ser iguales a la partícula "madre" si es que eran sumadas. Esto es, si tenemos un neutrón que está a punto de desintegrarse, sabemos que va a dar a luz a un protón, un electrón y un antineutrino electrónico; y también sabemos que, por ejemplo, la masa (y también la energía, según Einstein) de todas esas partículas sumadas iba a ser igual a la del neutrón en cuestión. Y eso también pasaba por ejemplo con el espín, con la carga... y con la extrañeza.

O por lo menos eso pasaba a medias. Como te dije, si un pión y un protón colisionaban, resulta que creaban dos kaones, los cuales tomaban cursos completamente diferentes. Ahora bien, sabemos que esos kaones tenían extrañeza opuesta, puesto que ni el pión ni el protón anteriores la tenían. Lo que era un rompedero de cabeza es lo que pasaba después con esas partículas: Cuando el kaón cargado, por ejemplo, positivamente se desintegraba, ninguna de las partículas "creadas" tenía extrañeza. ¿Qué pasaba con la extrañeza de esa partícula?

La respuesta, la verdad, es complicadísima de entender: Ni yo la entiendo del todo. Ahora bien, intentaré no dejarte con la intriga ni con con el cerebro abatatado en el intento de entenderla: Como dije antes, los kaones no se desintegraban por medio de la interacción nuclear fuerte, sino por medio de la ... débil. Cómo verás, esa interacción débil es la responsable de que las partículas tengan sabores, y como sabrás, la extrañeza es un sabor. Supongo que ya has entendido todo: La fuerza nuclear débil se metía con estas partículas y las desintegraba, pero antes de hacerlo le cambiaba el sabor

Bien, nos estamos desviando mucho del tema. Volvamos con la teoría del padre de la teoría de los quarks, osea Gell-Mann. Éste tipo (todavía tengo el descaro de llamarlo "tipo". ) propuso en ese entonces la existencia de un nuevo tipo de quark, uno que ya conoces: El quark strange; que era el que obviamente se encontraba y le derivaba características extrañas a los kaones, y como ya veremos más adelante, a los hiperones

Para cerrar con el tema de esta partícula, te diré que sí, es cierto que probablemente no interactuemos nunca con ella, pero debes coincidir conmigo que con su mera presencia el universo podría ser realmente extraño. La aparición de esta partícula en estudios varios supuso el descubrimiento, además, de un nuevo quark; un quark que podemos encontrar en casi cualquier lado. ¿Te imaginas grandes masas de materia extraña en estrellas de neutrones, o, quizá, estrellas completamente extrañas? Queda a tu criterio.

Y ahora llegó el turno de las últimas partículas de la cual "hablaremos"; en este post, unas partículas que para nada deberían considerarse menos interesantes, los hiperones

Antes de analizar a pleno los hiperiones, permíteme hacer un repaso contigo:




Como sabrás, las partículas pueden ser elementales o compuestas, dependiendo de cómo están formadas. Ahora bien, las partículas pueden ser o bien fermiones; si es que forman la materia; o bien bosones, si es que median; alguna fuerza específica. Los fermiones, a su vez, pueden dividirse o bien en leptones, donde nos encontramos con partículas como los electrones, los muones, los tauones o bien neutrinos varios; o bien pueden dividirse en quarks, los cuales pueden denominarse up, down, charm, strange, bottom y top. Ahora bien, los quarks pueden formar partículas compuestas, que son los hadrones; los cuales pueden ser o bien mesones (si es que están formadas por dos quarks), como por ejemplo los piones o los kaones; o bien pueden ser bariones (si es que están formadas por tres quarks), entre los cuales podemos encontrar por ejemplo a los protones, a los neutrones y a los hiperones

Ahora bien, los hiperiones son, al igual que los kaones, partículas extrañas. Fundamentalmente lo que nosotros conocemos como hiperón se constituye por al menos un quark strange, y los restantes podrían ser quarks "normales", como quarks up o down, o incluso otros quarks strange; lo cual nos deja con varias posibilidades de hiperones.

Clasifiquemos vagamente a cada uno de ellos por la cantidad de quarks strange que tengan. Así, por ejemplo, comencemos con nuestra primera clasificación de hiperones: Los que tienen un quark strange.
Según nuestras posibilidades, podemos encontrar 3 tipos de hiperones en esta clasificación, los cuales responderán a cualquiera de estas fórmulas de quarks: strange, up, up ; strange, down, down y strange, up, down. Todos estos hiperones se denominan hiperones sigma, y se simbolizan con esa letra griega: Σ. A su vez, los podemos distinguir según su carga: Σ+ para el primer caso, Σ0 para el tercer caso.

Los dos primeros tipos de hiperones sigma cuajan dentro del tiempo de vida permitido para un hiperón: unos 10^-10 segundos. Los hiperones Σ0, en cambio, son super fugaces: en 10^-20 segundos ya se están desintegrando, que puntualmente se desintegra en un fotón y en un si mismo con menos masa, simbolizado Λ0; cuya diferencia es obviamente la masa. A veces suele decirse que los hiperones Σ0 son una forma excitada de los Λ0, pero bueno, eso es más filosofía que ciencia. Por último, debes saber que Λ0 tiene una vida media de 10^-10 segundos, es decir, es un hiperón normal; para luego desintegrarse en fotones, piones y neutrones. Como sabrás, esas partículas tampoco son estables, así que te imaginarás la cascada de partículas que provoca la mera presencia de un hiperón; que, a propósito y porque no lo dije, son partículas de ssegunda generación por tener un quark de segunda generación

Los hiperones que se encuentran en la segunda clasificación corresponden, obviamente, a los que tienen no uno sino dos quarks strange; y obviamente aquí quajan dos posibilidades: strange, strange, up y strange, strange, down. Ambos son representados con la letra griega xi, y se denotan como Ξ0 y Ξ- respectivamente.

En realidad hay muchas más partículas Ξ, pero, claro, no son hiperiones, estrictamente hablando, por supuesto. Ahora bien, tienen esa denominación en común puesto que todas esas partículas son altamente inestables (hablamos de unos 10^-13 segundos), y, fundamental, porque toda la familia Ξ se descompone en partículas inestables, que se desintegran en partículas inestables, que se desintegran en otras partículas inestables... una verdadera cascada de partículas. Por cierto, la última de ellas (Ξ-b, compuesta por los quarks strange-bottom-down) ha sido observada por primera vez en el año 2007 en el Fermilab. Es la primera partícula subatómica observada que tiene un quark de cada familia.




Y por último, pero no por ello menos importante, la partícula más extraña que conocemos, la que está formada exclusivamente por quarks strange: La partícula Ω-. Partícula que como te has dado cuenta se representa con la letra griega omega. Esta partícula es acorde a sus hermanos hiperones: Su masa es relativamente igual y su tiempo de desintegración está en los órdenes de los 10^-11 segundos. ¿Qué es lo especial de ésta partícula?: a importancia de Ω- es que su descubrimiento supuso el triunfo absoluto de la denominada Óctuple Vía de Murray Gell-Mann.

Gell-Mann es a la Óctuple Vía (cosa que no tiene nada que ver con el budismo) lo que Dmitri Ivánovich Mendeléyev es a la taba periódica. Murray organizó las partículas formadas por quarks en una serie de octetos y decenas, colocándolas en ellos de acuerdo con determinadas simetrías. Es muy interesante el hecho de que, de acuerdo con sus reglas y los conjuntos de partículas que predice, es posible determinar las características de una partícula a partir del resto en su grupo (vamos, es una tabla periódica para quarks). Por ejemplo, cuando Gell-Mann propuso su teoría, un grupo de partículas que deberían ser diez estaba incompleto: sólo había nueve.

En 1962, Gell-Mann utilizó las simetrías del modelo para predecir cómo debería ser esa partícula: su masa, su carga, su extrañeza… Dos años más tarde, en 1964, se descubrió y se midieron sus características. Gell-Mann había clavado absolutamente todas con su modelo. ¿Te imaginas la alegría de ese tipo? Es como si yo ganara un PRODE y me dieran un Nobel por ello.




Bueno, mis compañeros Taringueros, este es el final del post. Quise cortarlo acá porque me pareció buena idea despedirme con una sonrisa, que de hecho no es mía, sino la de Gell-Mann (Mentira. Estoy al borde de los caracteres). Los saludo simplemente con un ¡Hasta la próxima!, pues la segunda parte del post no saldrá dentro de mucho tiempo; y con una invitación a formar parte de las comunidades más científicas de todo Taringa!: , , , , , y

Ah, me faltó decirles una cosa: Si encuentrar algún error de coherencia en el texto por favor notifiquenme dónde lo vieron así lo corrijo. Tuve que eliminar una "pequeña" parte del post porque era excesivamente largo y no creo haber corregido del todo bien

Nota: Fuente que no puede ser agregada por algún motivo aquí