El hombre y la búsqueda de la partícula de Dios

9 abr, 2012 por



Es muy probable que recientemente nos haya sorprendido una noticia curiosa en la televisión o la prensa: Los científicos están a punto de encontrar la partícula de Dios. Y con toda seguridad nos hemos preguntado acerca de esa extraña partícula que según dicen posee Dios o en el mejor de los casos forma parte de Dios.

 

Fijando los cimientos del mundo subatómico

Pero como siempre, cuando hay que contar alguna situación complicada es mejor empezar por el principio, y el principio se llamó Proyecto Manhattan. Este proyecto era el nombre clave de una prueba científica llevada a cabo durante la Segunda Guerra Mundial por Estados Unidos, apoyado por Reino Unido y Canadá.

El objetivo final del proyecto era la fisión del átomo de plutonio para conseguir con su detonación una ingente cantidad de energía. Todos sabemos del éxito de la prueba, denominada Prueba Trinity realizada el 16 de julio de 1945 en la localidad de Alamogordo, en Nuevo México, que cristalizaría como arma nuclear lanzada unas semanas más tarde sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki.

Los científicos que llevaron a cabo el proyecto fueron principalmente Robert Oppenheimer (1904-1967), su director; Richard Feynmann (1918-1988) responsable de los cálculos por ordenador, junto con el también teórico Hans Bethe (1906-2005), Enrico Fermi (1901-1954), que en 1942 había logrado la primera reacción en cadena en lo que fue el prototipo de un reactor nuclear, y John von Neumann (1903-1957), que se encargó de preparar cuidadosamente el mecanismo de detonación de la bomba. Y a todos ellos, habría que sumar a Albert Einstein (1879-1955), que aunque no participó en el proyecto, lo apoyó activamente.

Es cierto que anteriormente al Proyecto Manhattan los científicos conocían la existencia de partículas subatómicas, es decir componentes del átomo. En 1875, William Crookes (1832-1919) consiguió observar una radiación formada por partículas negativas, los rayos catódicos, cuya partícula elemental constituyente era el electrón.

En 1909, Robert Millikan (1868-1953) obtuvo experimentalmente el valor de su carga eléctrica negativa y pudo calcular su masa. Posteriormente, Ernest Rutherford (1871-1937) con experimentos similares pudo aislar la partícula positiva elemental, el protón, comprobando que su masa era alrededor de 1836 veces mayor que la del electrón.

Y James Chadwick (1891-1974), en 1932, descubrió la partícula neutra elemental, el neutrón, de masa ligeramente superior a la del protón. Ambos denominados nucleones por constituir el núcleo del átomo.

 

Las nuevas partículas se acumulan

Otras partículas entran en escena, el positrón –electrón positivo– es descubierto en el año 1932 por el estadounidense Carl Anderson (1905-1991). Es el positrón una partícula muy familiar para los aficionados a la ciencia-ficción pues revolucionaría la mente de escritores como Isaac Asimov (1920-1992), que la incluyen como base del cerebro de sus robots, el cerebro positrónico, tema que alcanza incluso los años 90 con el androide Data, también con ese tipo de cerebro, en la saga Star Trek.

Data y su cerebro positrónico.

El interés por las partículas elementales –como se comenzaron a llamar entonces– se va acrecentando y es en 1938 cuando los investigadores alemanes Otto Hahn (1879-1968) y Fritz Strassmann (1902-1980) descubren la fisión nuclear, que abre las puertas al conocimiento del mundo subatómico.

Tras el Proyecto Manhattan y el final de la II GuerraMundial, se dispara el impacto mediático de este campo de la física.

El crecimiento tecnológico de la posguerra impulsó el desarrollo de aceleradores y detectores, y con ello numerosos investigadores y fondos económicos entran en escena, lo que desarrolla en una cascada imparable que llega hasta nuestros días, de descubrimientos de partículas.

Los nombres exóticos para ellas se van acumulando, el muón (m), que no pertenece al interior del átomo sino que está presente en los rayos cósmicos, es descubierto en 1936 por Carl Anderson, quien ya había encontrado el positrón; esta partícula tiene una masa unas 200 veces superior a la del electrón, con una vida media de microsegundos, y como él, es negativa.

Otra partícula nueva es el mesón, postulada teóricamente en 1935 por el físico japonés Hidekei Yukawa (1907-1981), que definitivamente fue descubierto en 1947 por Cecil Frank Powell (1903-1969) y que a la postre, es bautizado como pión –mesón p–, del cual llegarán a encontrarse hasta tres tipos: positivo, negativo y neutro.

Con todo ello, se suceden las teorías que intentan explicar la estabilidad o su carencia en la materia a partir de las partículas que la componen. En relación con la estabilidad de los átomos entran en juego las fuerzas repulsivas de los protones que están todos juntos en los núcleos, y aunque los neutrones se intercalan entre ellos, ¿cómo se unen entre sí para estabilizar el núcleo?. Son precisamente los piones los responsables de la unión nuclear entre ambas partículas debido a las fuerzas de canje piónico mutuo. Por ejemplo, es como si dos personas se intercambian pelotas de tenis, es ese propio intercambio el que las mantiene unidas.

En 1930, Wolfgang Pauli (1900-1958) propone la existencia de una partícula que denominó neutrino –pequeño neutrón- para explicar la emisión de electrones –denominados en este caso partículas b–, del núcleo del átomo, en el que sólo existen protones y neutrones. Esta emisión de partículas ocurría únicamente en los procesos de desintegración atómica –los procesos radiactivos–, cuando se transformaba un neutrón en una partícula b y un neutrino.

Es en 1956 cuando Frederick Reines (1918-1998) y Clyde Cowan (1919-1974) son capaces de demostrar su existencia, tan difícil de determinar puesto que se trata de partículas sin carga y prácticamente sin masa también, pues de tenerla sería casi unas 20,000 veces menor que la del electrón.

En el año 1948, Robert Brode (1900-1986), y Louis Leprince-Ringuet (1901-2000) confirmaron la existencia de otra partícula cuya masa era 700 veces mayor que la del electrón, y que se denominó partícula tau (t), que se desintegraba rápidamente en tres piones.

Incluso llegando al campo de la ciencia-ficción, los científicos fueron capaces de descubrir el antiprotón y el antineutrón, en los años 1955 y 1956, respectivamente. La existencia de la antimateria pues –recordemos que ya se había descubierto el antielectrón, positrón, como dijimos antes–, estaba servida.

Átomos antihidrógeno.

La gran inestabilidad de las partículas elementales, pues la mayoría se desintegraban con una facilidad extraordinaria, conducía a nuevas partículas que iban aumentando el catálogo hasta llegar a más de sesenta en 1964. De hecho, en 1960 incluso se llegó a descubrir la existencia de un tipo de neutrino diferente, y más tarde un tercero. Además, muchas de estas partículas no existen en nuestro mundo, algunas provienen de los rayos cósmicos y otras se obtienen por colisiones de manera artificial en los laboratorios.

En general, fue preciso agrupar estas partículas en varias familias, los leptones (muones, electrones, neutrinos electrónicos, y sus correspondientes antipartículas), los mesones (piones, los mesones K o kaones y el mesón eta), y los bariones (protón, neutrón y unas partículas con masa mayor, denominadas hiperones).

Plasma de quarks y gluones tras una colisión interatómica.

Como consecuencia de lo anterior, los científicos empezaron a interrogarse sugiriendo que las partículas más pesadas, los protones y neutrones quizás estuvieran formados a su vez por otras todavía menores, estas partículas, que serían los componentes primordiales de la materia, se denominarían quarks, según la teoría postulada en 1963 por los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann nacido en 1929) y George Zweig (nacido en 1937).

Los experimentos desarrollados entre 1967 y 1973 en el SLAC (Stanford Linear Accelerator Center), un acelerador de partículas para colisiones que pueden alcanzar enormes energías, permitieron a Richard Taylor (nacido en 1929), Henry Kendall (1926-1999) y Jerome Friedmann (nacido en 1930) descubrir experimentalmente los quarks, que tienen carga fraccionaria –cosa impensable hasta entonces–.

De ellos se conocen hoy seis tipos, de los que el último se descubrió en los laboratorios Fermilab en 1995. Los quarks se agrupan en seis tipos: arriba (up), abajo (down), extraño (strange), encanto (chame), superior (top) e inferior (bottom).

 

El modelo definitivo del Universo

Pero antes de finalizar nuestro camino hay que recordar que los físicos basan sus modelos del Universo en la existencia de cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitatoria; la fuerza débil, que es 1034 (un uno seguido de 34 ceros) veces mayor y es responsable, entre otros aspectos, de que las partículas mantengan su integridad y no se disgreguen en otras menores; la fuerza electromagnética, que es 1037 veces mayor que la gravitatoria y afecta a todas las partículas con carga eléctrica; y la fuerza fuerte, cuyo valor es de 1039 veces mayor que la primera de las que hablamos, y es responsable de la unión de los núcleos de los átomos de manera estable.

Dado que el mundo material se compone de partículas unidas, las fuerzas anteriores deberían unificarse para conseguir una única que explique el comportamiento dela Naturaleza.

Hemos comentado antes que los intercambios de partículas de fuerzas son los responsables de las interacciones que generan dichas fuerzas. La fuerza electromagnética surge cuando las fuerzas eléctricas y magnéticas intercambian fotones: siguiendo este principio, Steven Weinberg (nacido en 1933) y Abdus Salam (1926-1996) fueron capaces en 1968 de mostrar la conexión entre la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil, dando lugar a la llamada fuerza electrodébil por intercambio de partículas denominadas bosones W y Z, descubiertos en 1983 por Carlo Rubbia (nacido en 1934) y Simon van der Meer (1925-2011).

Las fuerzas fuertes surgirían por el intercambio de partículas denominadas gluones –postuladas todavía sólo teóricamente–, que unirían a los quarks dentro de los nucleones. Y la fuerza gravitacional que depende de la deformación espacio-tiempo a partir del intercambio de unas partículas aún teóricas denominadas gravitones. La unificación de todas las fuerzas en una única es lo que predice el Modelo Estándar, capaz de explicar el Universo en el que nos encontramos inmersos.

Y aquí llegamos al final de nuestro recorrido por el mundo subatómico: la única partícula que a pesar de tener una masa relativamente grande no ha sido detectada hasta la fecha es el denominado bosón de Higgs, llamado así por Peter Higgs (nacido en 1929), quien en los años 60 del pasado siglo postuló su existencia. Se trata de la partícula que cerraría el modelo estándar de unificación de las fuerzas y las partículas, dando sentido a la física desarrollada en los últimos 70 años.

Fue el 13 de diciembre de 2011 cuando el CERN (Centro Europeo de Investigación Nuclear) utilizando el colisionador tipo LEP (Large Electron-Positron Collider) encontró resultados no concluyentes de la existencia de la citada partícula. Se espera que con la puesta en funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, Large Hadrons Collider), cuya estructura es un gran anillo subterráneo de 27 km de circunferencia, donde se conseguirán energías hasta ahora inimaginables, se podría descubrir por fin la esquiva partícula.

Acelerador de partículas del CERN.

Este bosón fue bautizado como la partícula de Dios a raíz del título de un libro de divulgación científica escrito por Leon Lenderman (nacido en 1922), ex director del Fermilab y Premio Nobel de Física en 1988. Nunca mejor puesto un nombre. La existencia del citado bosón determinaría necesariamente la del Campo de Higgs, que permite que las partículas tengan masa. Y la masa somos nosotros, el Cosmos y en definitiva los que el Creador ha puesto en escena. Por eso es, como ninguna otra, la partícula de Dios.

Publicaciones relacionadas

Publicidad

12 Comentarios

  1. Felipe

    Fantástico artículo. Haciendo un poco de patria, ¿qué opinión le merece la figura de Arturo Duperier?
    Un saludo

  2. Fernando

    Un excelente artículo de un excelente científico. Enhorabuena.

  3. Angel Rodríguez Cardona

    Arturo Duperier fue uno de esos grandes científicos que por circunstancias de la época que le tocó vivir no pudo desarrollar su potencial investigador como hubieramos deseado todos. Ya desde joven como discípulo del insigne Blas Cabrera destacó en el campo del electromagnetismo, pero sus aportaciones en la investigación de los rayos cósmicos fueron verdaderamente sobresalientes. Su participación en muchos congresos internacionales y sus publicaciones científicas son un orgullo para todos nosotros.

  4. Angel Rodríguez Cardona

    Ah, y muchas gracias por vuestras palabras de apoyo y felicitación.

  5. Ramón Montero

    Me descubro D. Angel. Aunque no me sorprende; siempre he pensado que eres genial.

  6. ANTONIO POZAS MAGARIÑO

    Angel el artículo me parece sencillamente genial, completo y muy bien estructurado

  7. Angel Rodríguez Cardona

    Gracias de nuevo por vuestras palabras, da gusto escribir para estos lectores tan fantásticos.

  8. Mª Ángeles Noriega

    Me ha parecido muy interesante, felicidades.

  9. Miguel Hernández

    Muy interesante. Te felicito por la claridad del artículo y la magnífica síntesis del mismo.

  10. Antonio Bravo

    Me ha sabido a poco. Estoy ya esperando una segunda parte. Felicidades

  11. Angel Rodríguez Cardona

    De nuevo, muchas gracias a todos por ser tan agradecidos lectores.

Dejar un comentario