Materia

En la raíz del Universo que habitamos y que intentamos conocer existen la materia, la antimateria, las fuerzas, el vacío y el espacio-tiempo. Homo es physicus.

El modelo del átomo compuesto por un núcleo de protones y neutrones y una región periférica en donde se encuentran los electrones apenas se mantuvo durante el primer tercio del siglo XX. A partir de ahí, la profusión de nuevas partículas que se obtuvieron con los aceleradores (varios cientos) ha transformado el mapa de las partículas elementales.

Según el Modelo Estándar (teoría física que resume los conocimientos actuales sobre las partículas elementales y las fuerzas fundamentales de la naturaleza), la materia está formada por fermiones (partículas que se rigen por la estadística de Fermi-Dirac), mientras que las fuerzas corresponden a la interacción o el intercambio de otras partículas, llamadas bosones (partículas que se rigen por la estadística de Bose-Einstein).

Una clasificación basada en el tipo de interacciones que les afectan y en su espín divide a los fermiones en:

* leptones: no se ven afectadas por las interacciones nucleares fuertes. Sí lo hace la interacción nuclear débil y la fuerza electromagnética. No tienen estructura interna aparente. Se conocen 6 leptones: electrón, muón, tauón y sus correspondientes neutrinos.

* hadrones: se ven afectadas tanto por las interacciones nucleares fuertes como por las débiles. Tienen una estructura interna compleja. Entre los hadrones están los protones y los neutrones (nucleones), y hay dos grupos:

         + Bariones: de masa superior a los nucleones. En sus productos de desintegración se encuentran protones.

         + Mesones: de masa inferior a los nucleones. Entre sus productos de desintegración se encuentran fotones y leptones (Ej: mesón pi, partícula K, mesón Rho, etc.)

La estructura hadrónica está basada en el modelo de quark propuesto en 1964 por Murray Gell-Mann. Según este modelo, los bariones están compuestos por 3 quarks, mientras que los mesones lo están por una pareja de quark – anti-quark.

El nombre de quark fue obtenido de una rara expresión encontrada en el libro de James Joyce “Finnegans Wake ” (Un neologismo en un juego de palabras, “Three quarks for Muster Mark”).

Existen seis variedades (o sabores) de quarks , en tres familias:

I/       - Up (arriba)                                        - Down (abajo)

II/      - Strange (extraño)                              - Charm (encanto)

III/     - Bottom, o beauty (fondo o belleza)       - Top o truth (cima o

                                                                                     verdad)

Up      + 2/3 m= 5 MeV/c²          Down  - 1/3            m= 10 mEv/c²

Strange + 2/3         m= 200        Charm + 2/3          m= 1.500

Top        + 2/3        m= 180.000  Bottom  - 1/3          m= 4.700

Así, el protón está constituido por dos quarks Up y un Down (2/3 + 2/3 – 1/3 = 1+), y el neutrón por un quark Up y dos Down (2/3 – 1/3 – 1/3 = 0). Cada uno de los 6 quarks puede presentarse en 3 colores, azul, rojo y verde. En total, tendríamos 18, y si a ellos añadimos los antiquarks (antimateria) correspondientes entonces tenemos un total de 36.

Las fuerzas nucleares fuertes, o sea las interacciones entre quarks, se pueden entender por el intercambio de ocho partículas sin carga y sin masa en reposo, llamadas gluones (glue = cola) porque pegan a los quarks. No tienen carga eléctrica pero sí tienen carga de color, transportando cada gluón un color y un anti-color.

La fuerza electromagnética, unas cien veces más débil que la anterior, actúa a todas las escalas. Es responsable de la luz y de la interacción entre átomos que da lugar a moléculas. El portador de esta fuerza es el fotón. Los fotones no tienen ni masa ni carga eléctrica: sólo llevan energía.

La fuerza nuclear débil es responsable de la radiactividad, y también de la distinción entre izquierda y derecha que confiere a las moléculas de ADN su estructura helicoide. La interacción débil es mil veces menor que la electromagnética, y sus portadores son los bosones W+, W- y Z°, cuya masa es, respectivamente, 80 y 90 veces la de un protón (en total hay 12 bosones: los ocho gluones, los tres anteriores y el fotón).

Por último, la fuerza gravitatoria, que es de 10 elevado a -39 veces más débil que la fuerza nuclear fuerte. El gravitón, su hipotético portador, aún no ha sido encontrado.