¿De qué estamos hechos?

Esa es una pregunta que se hicieron los griegos hace un par de milenios ¿De qué estamos hechos? ¿De qué está hecho todo? Ellos sabían, como nosotros, que estaban hechos de algo, de una sustancia, y todo estaba hecho de varias sustancias que nosotros denominamos materia.

Concepto de la partícula fundamental: El átomo

Pensaron que si dividían la materia en partes cada vez más pequeñas, en algún punto esa partícula ya no se iba a poder dividir, siendo esa partícula, una partícula fundamental que lo forme todo. Debido a esta supuesta propiedad le colocaron su nombre; el “átomo”  que significa “no dividir” o “sin división”. Según ellos había átomos de todas las clases, como un pequeño átomo que formaba al fuego y otro por ejemplo, que formaba al agua.

Los átomos según los griegos...

Pasaron muchos siglos antes de que esa idea evolucionara en la ciencia instituyendo diversos modelos de la partícula fundamental, como el modelo de Dalton, donde el átomo era una esfera con diversas cargas; luego el de Thompson, donde se supuso que la carga de los átomos era dada por una partícula que llamaron electrón. En este modelo, los electrones están incrustados en el átomo, de la misma manera que unas pasas un budín.

Las Partículas Subatómicas

El modelo que nos puede resultar más conocido es el de Bohr donde ya se conoció en dónde estaban ubicadas las cargas del átomo y se descubrieron partículas aún más pequeñas. El átomo resultó ser ciertamente divisible, contrario a lo que se pensaba anteriormente; este estaba formado por un núcleo extremadamente denso donde yacían los “protones” con carga positiva y sus “electrones” orbitándolo con cargas negativas.

Modelo atómico de Bohr

Tiempo después se descubrió un tercer tipo de partícula constituyente del átomo, el neutrón. Esta partícula fue más difícil de hallar debido a que no tiene carga eléctrica, es neutro. El modelo actual, es similar al de Rutherford donde en el núcleo masivo del átomo están los protones y neutrones, y alrededor, en nubes de energía  es el lugar posible que se hallen los electrones, pero no existen esas órbitas como se creyó anteriormente; nunca se sabe con certeza dónde está el electrón, generando un “Principio de Incertidumbre”.

Los científicos pensaron que estas partículas eran los átomos griegos; las partículas que lo formaban todo, pero desafortunadamente no podían estar más lejos de la realidad.

Las partículas “Sub-subatómicas”

Más recientemente, con ayuda de los avances tecnológicos, descubrimos que las partículas subatómicas están hechas de partículas “Sub-subatómicas” con las cuales creamos una tabla, un Modelo Estándar  donde están todas las partículas que creemos son las fundamentales, las más chiquitas. En la actualidad podríamos decir que llegamos al nivel de la “partícula fundamental” aunque quizá lo que consideramos como el final de la búsqueda de esta partícula sea simplemente un escalón más.

La estructura de un Protón

Las 4 fuerzas fundamentales

Antes de conocer los componentes del Modelo Estándar, debemos conocer las 4 fuerzas fundamentales, que son las 4 fuerzas que “gobiernan” al universo siendo estas la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil.

 La gravedad, debe ser la más conocida para todos nosotros, que es la fuerza que, por ejemplo, hace que nos mantengamos pegados en el suelo, o a la Tierra en órbita del Sol; la electromagnética es la fuerza electrostática o magnética, como la de un imán; la fuerza nuclear fuerte es la fuerza responsable de mantener los núcleos de los átomos unidos y la fuerza nuclear débil es la que produce, por ejemplo la radiación.

Modelo Estándar

Sabemos que estamos hechos de materia, y estamos gobernados por 4 fuerzas. La materia está compuesta de átomos que son ciertamente divisibles formados por protones, neutrones y electrones. Marchando hacia un nivel menor a las partículas subatómicas nos encontramos con “partículas sub-subatómicas” las cuales son 3 tipos o clases a primera vista; las integran a la materia, y las de las fuerzas que la gobiernan.

·         Quarks: Los Quarks son las únicas partículas que interactúan con las 4 fuerzas fundamentales. Hay 6 tipos de Quarks: Up, Down, charm, strange, top y bottom. Los quarks Up y Down son los que forman parte de la materia que conocemos, dos Quarks up y uno down forman un protón mientras que dos Quarks down y uno Up forman un neutrón.

·         Leptones: Los electrones son partículas extremadamente pequeñas que son otro tipo de partícula del grupo de los Leptones. Estos son partículas fundamentales que no experimentan la fuerza nuclear fuerte, razón por la que los electrones no se encuentran en el núcleo del átomo; también hay 6 tipos de leptones los cuales forman 3 parejas con su antipartícula. Como el  Electrón y el Positrón, el Muon y el Antimuón, y el Tau y el Antitau. Las antipartículas son los conocidos como Neutrinos, partículas extremadamente pequeñas descubiertas en los últimos tiempos.

·         Bosones: Las 4 partículas que restan son las mediadoras de las fuerzas fundamentales, a las de este grupo se les llama bosones.

La partícula mediadora de la fuerza  electromagnética se llama fotón, median la fuerza entre partículas cargadas eléctricamente. La fuerza nuclear fuerte se media mediante una partícula denominada gluón, que son 8 tipos. La fuerza nuclear débil me media mediante partículas llamadas bosones de Gauge, que son 3 tipos.

 

Donde las "e" son electrones, las "u" son Quarks Up y las "d" son Quarks Down

El problema de la gravedad

Con la gravedad tenemos un problema ya que no sabemos realmente cómo definirla; según Newton es una fuerza, como es considerada actualmente, ya que funciona para ciertos modelos; pero según Einstein, con la teoría de la relatividad, expresa que la gravedad no una fuerza, sino que es una deformación del espacio-tiempo, donde los cuerpos astronómicos, desde un planeta a una estrella deforman el espacio alrededor de modo que las cosas “caen” hacia el objeto por la deformación.

 La magnitud de la gravedad depende directamente del peso, de la masa que tenga ese cuerpo; es decir, como las estrellas son mucho más pesadas tienen una gravedad muy fuerte. Esta concepción fue probada con una imagen llamada “la cruz de Einstein” donde se ve a un Cuásar, un objeto extremadamente brillante  detrás de una galaxia. Las galaxias son extremadamente pesadas, por lo que curvan el espacio cuando los rayos de luz pasan por esta, viéndose 4 proyecciones del mismo cuásar.

La atracción gravitatoria entre 2 cuerpos según Einstein...

Entonces, si la gravedad es una fuerza debería haber una partícula fundamental que la medie, como los bosones; el nombre de esta es Gravitón, pero actualmente es hipotética ya que no hay indicios de su existencia. Pero si la gravedad es dada por la masa… ¿Qué les da masa a las partículas?

El Bosón de Higgs

Las propiedades de una partícula que le pudiera dar masa a las partículas fueron dadas por Peter Higgs, partícula que fue recientemente descubierta en una máquina llamada “Acelerador de partículas , conocida como “Máquina de Dios” en Suiza. Esta partícula, es un bosón, llamado Bosón de Higgs, que crea un campo que interactúa con ciertas partículas elementales dándoles masa. Macroscópicamente estas partículas con masa, forman cuerpos masivos, como la Tierra, que tiene gravedad. El bosón de Higgs de cierta forma genera la gravedad.

Modelo atómico actual.

La teoría del todo

Como comenté anteriormente cada vez hemos llegado a las “partículas fundamentales de la época”, desde los átomos griegos hace más de 2 mil años, hasta las partículas del reciente modelo estándar.

Quizá en la actualidad estamos simplemente en un escalón más en la búsqueda de la partícula esencial, de hecho, ya se han encontrado indicios de que los quarks tengan estructuras internas, indicando que estos no son los “átomos” (indivisibles), no son lo más chico, y tal vez cada vez, mientras más lejano es el futuro, encontremos partículas aún más pequeñas. Posiblemente pensando en “partículas” nunca lleguemos a saber de qué está hecho el todo; pero hay una teoría que no lo hace, esta teoría se llama “La teoría de cuerdas”.

La teoría de cuerdas

La teoría de cuerdas dice que TODO, materia y energía está hecho de cuerdas. Las cuerdas son simplemente filamentos de energía que vibran; “la materia son estados vibracionales de estas cuerdas que lo forman todo”.

Lo asombroso de esta teoría es que es completamente distinto a lo pensado anteriormente ya que ya no hablamos de partículas, que tienen 3 dimensiones, sino que de filamentos de energía con UNA sola dimensión. La longitud.

Si una cuerda vibra de cierta forma, vamos a ver a un electrón, en cambio, si vibra de otra manera, vamos a ver, por ejemplo un quark.

La materia y energía según la teoría de cuerdas...

Lo malo de la teoría de cuerdas

Si bien la teoría de cuerdas parecía ser el candidato perfecto para llegar a ser la respuesta final a la pregunta que titula este artículo, tiene dos grandes falencias:

·         Dimensiones adicionales: Si bien la cuerda está formada por una dimensión, necesita de otras para poder vibrar, además de las 4 en las que estamos, (las 3 dimensiones espaciales, más el tiempo), necesitan vibrar en 9 dimensiones, que no podemos ver, pero según esta teoría estas dimensiones adicionales están atrofiadas en espacios minúsculos; de tal manera que no las podemos detectar.

·         No es falsable: La teoría de cuerdas podría ser la teoría del todo pero actualmente no hay manera de comprobarla y tampoco de negarla directamente, por lo que no se puede decir que es falso. Si algo en la ciencia no se puede falsear, entonces eso no es ciencia. Los críticos de la teoría de cuerdas concuerdan en que no es más que una pseudociencia o creencia.

Entonces… ¿De qué estamos hechos?

Para responder la pregunta hecha por los griegos, simplemente podríamos decir que estamos hechos de materia, y que esta está hecha de átomos. Actualmente sabemos que existen partículas subatómicas de las cuales están hechos los átomos y más recientemente que estas últimas están compuestas de partículas mucho más pequeñas divididas en 3 tipos clasificados en dos clases: los fermiones que es donde se integran los quarks y los leptones y la otra clase formada por los bosones que controlan las fuerzas para el primer grupo.

En cuanto a la teoría de cuerdas, todavía no forman parte del modelo estándar debido a su imposibilidad de demostrarse, aunque si existieran, daría el fin a esta escalera que comenzamos hace 2 mil años.