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¡Las Partículas! ¿Elementales?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (14)

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Generalmente las llamamos partículas elementales pero, lo cierto es que, algunas son más elementales que otras. Los físicos experimentadores hicieron un buen trabajo en aquellos antiguos aceleradores de partículas por despejar la incognita y saber, de una vez por todas, de qué estaba hecha la materia.

Los núcleos de los átomos están formados por protones y neutrones, alrededor de los cuales orbitan los electrones. Estos tres elementos (protones, neutrones y electrones) constituyen prácticamente toda la materia de la Tierra. Mientras que el electrón se considera como una partícula “sin tamaño”, el protón, que está compuesto de quarks, es un objeto con tamaño específico. Hasta ahora, sólo dos métodos se han utilizado para medir su radio. Basándose en el estudio de las interacciones entre un protón y un electrón, ambos métodos se centran en las colisiones entre uno y otro o sobre el átomo de hidrógeno (constituido por un electrón y un protón). El valor obtenido y que es el utilizado por los físicos, es 0,877 (+ / – 0,007) femtómetros.

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                                 Masa atómica

Una de las formas como los científicos miden el tamaño de algo es a través de su masa. Los científicos pueden incluso medir cosas muy minúsculas como los átomos. Una medida del tamaño de un átomo es su “masa atómica”. Casi toda la masa de un átomo (más del 99%) está en su núcleo, de manera que la “masa atómica” es realmente una medida del tamaño del núcleo de un átomo.

Los protones son practicamente del mismo tamaño que los neutrones, y ambos son mucho más grandes que los electrones. Un protón tiene una masa aproximadamente 1.836 veces mayor que la masa del electrón, pero las masas de los protones y neutrones se diferencian menos de uno por ciento. Un protón tiene una masa de 1.6726 x 10-24gramos. Los protones tienen una carga eléctrica positiva, conocida a veces como carga elemental, carga fundamental o carga de +1. Los electrones tienen una carga del mismo valor pero de polaridad opuesta, -1. La carga fundamental tiene un valor de 1.602 x 10-19 coulombios.

Resultado de imagen de Núcleo atómico

                                                      Núcleo atómico

El núcleo de un átomo contiene protones y neutrones. Cada elemento (como el carbono, oxígeno o el oro) tiene diferente número de protones en sus átomos. Los científicos tienen un nombre especial para el número de protones en un átomo. Lo llaman “número atómico”.

¿Por qué es importante el número atómico? Los átomos normales tienen el mismo número de electrones que protones. El número de electrones es lo que hace que cada elemento se comporte de cierta manera en reacciones químicas. De manera que el número atómico, que es el número de protones y electrones, es lo que hace que un elemento sea diferente a otro.

Hace algunos años ya que los físicos se preguntaban: ¿Podrían los protones ser puntos? Y, tratándo de saberlo, comenzaron a golpear los protones con otros protones de una energía muy baja (al principio) con el objeto de explorar la fuerza electromagnética entre los dos objetos cargados.

El Acelerador Lineal de Stanford. El SLAC, ubicado al sur de San Francisco, acelera electrones y positrones a lo largo de sus 2 millas de longitud (algo mas de tres kilómetros), hacia varios blancos, anillos y detectores ubicados en su finalización. Este acelerador hace colisionar electrones y positrones, estudiando las partículas resultantes de estas colisiones. Construido originalmente en 1962, se ha ido ampliando y mejorando para seguir siendo uno de los centros de investigación de física de partículas mas avanzados del mundo. El Centro ha ganado el premio Nobel en tres ocasiones.

La Ley de Coulomb nos dice que esta fuerza se extiende hacia el infinito, disminuyendo su intensidad con el cuadrado de la distancia. El protón que hace de blanco y el acelerado están, claro, cargados positivamente, y como las cargas iguales se repelen, el protón “blanco” repele sin dificultad al protón lento, que no llega nunca a acercarse demasiado. Con este tipo de “luz”, el protón parece, efectivamente, un punto, un punto de carga eléctrica. Así que se aumentaron la energía de los protones acelerados y, pudieron comprobar que ahora sí, las desviaciones en los patrones de dispersión de los protones indican que van penetrando con la hondura suficiente para tocar la llamada interacción fuerte, la fuerza de la que ahora sabemos que mantiene unidos a los constiutuyentes del protón.

Si los físicos experimentales de la década de los 60 hubieran podido tener a su disposición el moderno LHC… ¿Dónde estaríamos ahora?

La interacción fuerte es cien veces más intensa que la fuerza eléctrica de Coulomb, pero, al contrario que ésta, su alcance no es en absoluto infinito. Se extiende sólo hasta una distancia de unos 10-13 centímetros, y luego cae deprisa a cero. Al incrementar la energía de colisión, los experimentos desenterraron más y más detalles desconocidos de la interacción fuerte. A medida que aumenta la energía, la longitud de onda de los protones (acordémonos de De Broglie y Schrödinger) se encoge. Y, como se pudo ver, cuanto menor sea la longitud de onda , más detalles cabe discernir en la partícula que se estudie.

Resultado de imagen de Robert Hofstadter, de la Universidad de Stanford, tomó en los años cincuenta algunas de las mejores "imágenes" del protón

Robert Hofstadter, de la Universidad de Stantanford, tomó en los años cincuenta algunas de las mejores “imágenes” del protón. En vez de un haz de protones, la “luz” que utilizó fue un haz de electrones de 800 MeV que apuntó a un pequeño recipiente de hidrógeno líquido. Los electrones bombardearon los protones del hidrógeno y el resultado fue un patrón de dispersión, el de los electrones que salían en una variedad de direcciones con respecto a su movimiento original. No era muy diferente a lo que hizo Rutherford. Al contrario que el protón, el electrón no responde a la interacción nuclear fuerte. Responde sólo a la carga eléctrica del protón, y por ello los científicos de Stanford pudieron explorar la forma de la distribución de carga del protón. Y esto, de hecho, reveló el tamaño del protón. Claramente no era un punto.

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Se midió que el radio del protón era de 2,8 x 10-13 centímetros; la carga se acumula en el centro, y se desvanece en los bordes de lo que llamamos el protón. Los experimentos se repitieron muchas veces y los resultados, siempre fueron parecidos al hacerlos con haces de muones, que también ignoran la interacción fuerte al ser leptones como los electrones.  (Medidas más precisas llevadas a cabo en nuestro tiempo, han podido detectar, diminutos cambios en el radio del protón que tienen enormes implicaciones. El protón parece ser 0,00000000000003 milímetros más pequeño de lo que los investigadores habían pensado anteriormente, de hecho, y según han comentados los físicos del equipo que hizo el trabajo,  las nuevas medidas podrían indicar que hay un hueco en las teorías existentes de la mecánica cuántica y algo falla en alguna parte.)

                        La imágen tomada en el SLAC, nos choca, todos tenemos en la mente las del LHC

Pero sigamos con la historia. Hallá por el año 1968, los físicos del Centro del Acelerador Lineal Stanford (SLAC), bombarderon los protones con electrones de mucha energía -de 8 a 15 GeV- y obtuvieron un conjunto muy diferente de patrones de dispersión. A esta “luz dura”, el protón presentaba un aspecto completamente distinto. Los electrones de energía relativamente baja que empleó Hofstadter podían ver sólo un protón “borroso”, una distribución regular de carga que hacía que el electrón pareciése una bolita musgosa. Los electrones del SLAC pudieron sondear con mayor dureza y dieron con algunos “personajillos” que “correteaban” dentro del protón. Aquella fue la primera indicación de la existencia real de los Quarks.

Todo avance ha requerido de muchísimo esfuerzo y de lo mejor de muchas mentes. Como podéis ver por la escueta y sencilla explicación aquí contenida, hemos aprendido muchas cosas a base de observar con atención los resultados de los experimentos que la mente de nuestra especie ha ideado para poder descubrir los secretos de la Naturaleza. Hemos aprendido acerca de las fuerzas y de cómo originan sus estructuras complejas, como por ejemplo los protones que no son, tan elementales como en un principio se creía. Los protones (que son Bariones) están formados por tres quarks y, sus primos  (los Mesones) están compuestos por un quark y un anti-quark.

Como nos decía el Nobel León Lederman: “Uno no puede por menos que  sentirse impresionado por la secuencia de ¡semillas dentro de semillas!. La molécula está formada por átomos. La región central del átomo es el nucleo. El núcleo está formado por protones y neutrones. El protón y el neutrón están formados por… ¿hasta dónde llegará ésto?

No es fácil conformarse con la idea de que, en los Quarks termina todo. Uno se siente tentado a pensar que, si profundizamos más utilizando energías superiores de las que ahora podemos disponer (14 TeV), posiblemente -sólo posiblemente- podríamos encontrarnos con objetos más pequeños que… ¡como cuerdas vibrantes! nos hablen de la verdadera esencia de la materia que, habiéndonos sido presentada ya, es posible que esconda algunos secretos que tendríamos que desvelar.

Resultado de imagen de partícula higgs

         ¡Poder profundizar hasta el límite de Planck con la energía de Planck! ¿Qué encontraríamos allí?

Lo cierto que, de momento, sólo es un sueño y, la energía de Planck está muy lejos de nuestro alcance. Poder contar con la energía de Planck, por el momento y durante mucho, mucho, muchísimo tiempo, será sólo un sueño que algunos físicos tienen en la mente. Una regla universal en la física de partículas es que para partículas con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructuras cada vez más pequeñas en el espacio y en el tiempo. El modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aún más pequeñas. Pero existen varias razones para sospechar que sus predicciones pueden, finalmente (cuando podamos emplear más energía en un nivel más alto), resultar equivocadas.

equilibrio y estabilidad, el resultado de dos fuerzas contrapuestas

Vistas a través del microscopio, las constantes de la naturaleza parecen estar cuidadosamente ajustadas sin ninguna otra razón aparente que hacer que las partículas parezcan lo que son. Hay algo muy erróneo aquí. Desde un punto de vista matemático no hay nada que objetar, pero la credibilidad del modelo estándar se desploma cuando se mira a escalas de tiempo y longitud extremadamente pequeñas, o lo que es lo mismo, si calculamos lo que pasaría cuando las partículas colisionan con energías extremadamente altas. ¿Y por qué debería ser el modelo válido hasta aquí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables. ¿Dónde está la partícula de Higgs? ¿Cómo se esconde de nosotros el gravitón? y, por no dejar nada en el tintero… ¿Dónde estarán las cuerdas?

                                               Los Bosones de gauge aparecen en la columna derecha

Parece que el Modelo estándar no admite la cuarta fuerza (Gravedad),  y tendremos que buscar más profundamente, en otras teorías que nos hablen y describan además de las partículas conocidas de otras nuevas que están por nacer y que no excluya la Gravedad. Ese es el Modelo que necesitamos para conocer mejor la Naturaleza.

Claro que las cosas no son tan sencilla y si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste de las constantes de la naturaleza, creamos un nuevo problema: ¿cómo podemos modificar el modelo estándar de tal manera que el ajuste fino no sea necesario? Está claro que las modificaciones son necesarias, lo que implica que muy probablemente haya un límite más allá del cual el modelo tal como está deja de ser válido. El modelo estándar no será nada más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, de forma que todos los fenómenos que hemos observado hasta el presente están reflejados en él, pero cada vez que se pone en marcha un aparato más poderoso, tenemos que estar dispuestos a admitir que puedan ser necesarias algunas modificaciones del modelo para incluir nuevos datos que antes ignorábamos.

Más allá del modelo estándar habrá otras respuestas que nos lleven a poder hacer otras preguntas que en este momento, no sabemos ni plantear por falta de conocimientos.  Si no conociéramos que los protones están formados por Quarks, ¿cómo nos podríamos preguntar si habrá algo más allá de los Quarks?

Se han estado inventando nuevas ideas, como la supersimetría y el technicolor. Los astrofísicos estarán interesados en tales ideas porque predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas, y también varios tipos de partículas que interaccionan ultradébilmente, los technipiones. Éstas podrían ser las WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles, o Partículas Masivas Débilmente Interactivas) que pueblan los huecos entre las galaxias, y serían así las responsables de la masa perdida que los astrofísicos siguen buscando y llaman “materia oscura”.

Resultado de imagen de El positrón de Dirac

Que aparezcan “cosas” nuevas y además, imaginarlas antes, no es fácil. Recordemos cómo Paul Dirac se sintió muy incómodo cuando en 1931 dedujo, a partir de su ecuación del electrón, que debería existir una partícula con carga eléctrica opuesta. Esa partícula no había sido descubierta y le daba reparo perturbar la paz reinante en la comunidad científica con una idea tan revolucionaria, así que disfrazó un poco la noticia: “Quizá esta partícula cargada positivamente, tan extraña, sea simplemente el protón”, sugirió. Cuando poco después se identificó la auténtica antipartícula del electrón (el positrón) se sorprendió tanto que exclamó: “¡Mi ecuación es más inteligente que su inventor!”. Este último comentario es para poner un ejemplo de cómo los físicos trabajan y buscan caminos matemáticos mediante ecuaciones de las que, en cualquier momento (si están bien planteadas), surgen nuevas ideas y descubrimientos que ni se podían pensar. Así pasó también con las ecuaciones de Einstein de la realtividad general, donde Schwarzschild dedujo la existencia de los agujeros negros.

Claro que, a todo esto, tenemos que pensar en un Universo muy vasto y muy complejo que está dinamizado por leyes y energías que, aunque creemos conocer, nos puede estar ocultando muchas “cosas” que aún no sabemos y, llegar más allá de los Quarks…¡No será nada fácil!

Si pensamos detenidamente lo que hasta el momento llevamos conseguido (aunque nuestros deseos se desboquen queriendo ir mucho más allá), tendremos que convenir en el hecho cierto de que, haber podido llegar al átomo y también a las galaxias es, al menos ¡asombroso! Sabemos de lugares a los que, físicamente (probablemente) nunca podamos ir, la física nos lo impide…al menos de momento en lo relacionado con las galaxias y, de manera irreversible para el “universo cuántico” que sólo podremos sondear con inmensas energías en los aceleradores que nos dirán, lo que queremos saber.

emilio silvera


  1. Los misterios de la Física cuántica, las partículas subatómicas : Blog de Emilio Silvera V., el 25 de julio del 2013 a las 5:30

    [...] protones son practicamente del mismo tamaño que los neutrones, y ambos son mucho más grandes que los [...]

  2. ¡Las Partículas! Que no todas, son elementales. : Blog de Emilio Silvera V., el 20 de noviembre del 2013 a las 8:48

    [...] sigamos hablando de los núcleos de los átomos que están formados por protones y neutrones, alrededor de los cuales orbitan los electrones. Estos tres elementos [...]

 

  1. 1
    Emilio Silvera
    el 7 de diciembre del 2012 a las 8:07

    Tengo la falta de querer tener terminado el trabajo antes de comenzarlo y, eso me lleva a tener siempre prisas. Lo que no está justificado, es simplemente mi manera de ser. Cuando comienzo a leer el trabajo aquí expuesto, lo tengo que dejar al leer: “…de una vez por todas, de qué estava hecha la materia.” Algo chirría dentro de mí con estos percances, me gusta la perfección pero, yo mismo no contribuyo mucho a conseguirla. Perdonad amigos, ¡las prisas nunca han sido buenas!

    Bueno, aparte de la falta ortográfica (no he comprobado si puede estar acompañada), espero que os guste lo expuesto que nos habla de cómo conseguimos algunos de los logros que hoy nos permiten saber…algunas cosas.

    Saludios.

    Responder
  2. 2
    andres
    el 7 de diciembre del 2012 a las 12:19

    Los misterios de la materia, podriamos decir que no hay por donde cogerla,y esque al final la materia es tan escurridiza como la gravedad misma, por eso al igual que decimos “la teoria” de la gravedad habria que hacer lo mismo en este caso y describir el mundo material como “la teoria”  de la materia, valla un siglo de teorias y de manos….  

    Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 7 de diciembre del 2012 a las 13:15

    Amigo Andrés, el siglo de las Teorías fue el pasado: 1900 La Semilla de la Teoría Cuántica de Planck. 1905, El Efecto Fotoeléctrico de Einstein,  La Teoría de la Relatividad Especial de Einstein. 1916, La Teoría de la Relatividad General de Einstein…y muchas otras teorías y principios como lo que hizo Dirac, Heisenberg, Pauli, Schrödinger y tantos otros que dejaron el camino bien pavimentado para llegar hasta donde ahora estamos.
    Últimamente, aunque existen atisbos de nuevas teorías, éstas no acaban de cuajar, ya que, dado que cada vez es más intrincado el camino a recorrer, que las respuestas están más escondidas, y que las matemáticas necesarias aún no han sido inventadas, que la tecnología no es lo suficientemente adelantada, que las energías de las que disponemos hoy son insuficientes…
    Tendremos que esperar pero, eso no quita para que, alguna “mente luminosa” tenga una idea genial y nos diga y marque otro nuevo camino por el cual llegar a esas respuestas que ansiosamente buscamos.
    Saludos.

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  4. 4
    Fandila
    el 7 de diciembre del 2012 a las 14:56

    La verdad que la sustancia material, el elemento último, no se vislumbra.
    El ser material, el que conocemos, parece que sea una relación de transformaciones sin un incio definino.
    Si la fragmentación material no tuviese límite concibir una sustancia (Llena) no tendría sentido ni explicación.
    ¿Existe un límite existencial para nuestra dimensión o lo material se manifiesta como el resultado acumulativo de otra dimensión inmaterial?
    Dfícil imaginar tal cosa. Pero nuestro poderoso aliado es el presente. En él han de darse y se dan todo tipo de materias acordes a nuestra dimensión (Lo que vemos) como mínimo. Podría decirse que todo queda resumido en el instante presente. Solo existe lo que está en candelero en cada instante. Es difícil concebir que todo lo que vemos, palpamos, oimos… al cabo no sea nada sino una manifestación sin base última alguna.
    Ese sí que es el gran misterio. Se puede concebir la materia, lo que es,  como el resultado de uyna seríe de campos primordiale y sutiles de distintas texturas, que en su interacción dan lugar a a ondas. pertículas y masas, pero el misterio susbsite. Aun suponiendo la llamada partícula de Dios (Hibbs), cual sería su sustancia. ¿Es posible la relación nada-ser, o la respuesta estraria en los infinitos? en que el establecimiento de la materia proviene eternamente, lo mismo que se extendería de forma infinita. ¿Pero cómo se extablecieron? Ese será seguramente el fundamento del existencialismo.
    El presente que lo es todo está ahi porque así es, como podía ser de otra manera, pero de alguna habría de ser, ya que la nada es algo absurdo.
    La sustancia no se vislumbra porque ella habría de ser inmaterial (El ser siempre requiere de un movimiento y una composición. Para nosotros la sustancia es inconcebible, pero no si pensásemos que las formas teoricas del existir puedan tener muchos más matices y propiedades.
     
    Sludos

    Responder
  5. 5
    kike
    el 7 de diciembre del 2012 a las 18:38

    Pudiera ser que al igual que en el macrocosmos las grandes masas modifican la materia para convertir parte de ella en nueva materia y otra parte en energía, en el microcosmos, la energía pudiera contener el secreto de crear la materia de su misma esencia(al mismo tiempo que dota a esa materia de parte de su energía); quizás ese sea el límite de la masa si alguna vez se puede diseccionar totalmente; quizás esa energía, y en especial la luz sea el orígen (y también el destino, como en un vaivén sin límite) de todo o casi todo lo que existe.

     Entonces, todo lo material que existe sería un sencillo y precario estadio entre los contínuos cambios de fase de energía-materia-energía .

     Vamos, que podría ser que todos nosotros, todos los planetas, las estrellas, etc. fueramos simplemente un humilde resultado inherente a esos contínuos cambios de fase; eso sería la última y definitiva prueba de lo poco que significamos en el universo (En realidad van siendo muchos, demasiados, los escalones bajados desde la costilla de Adán);  y algunos pensando aún en la inmortalidad individual….XC
        

    Responder
  6. 6
    andres
    el 8 de diciembre del 2012 a las 0:30

    energia-materia-energia no tiene en si mucha logica ya que : e=m .c al cuadrado lo interesante seria la dimension del tiempo en este espacio trideminsional (hasta que se demuestre lo contrario) asi comp otro tipo de energia que no pose masa (en el estado en que nosotros la consideramos la masa)y otros estados en que interactuan ciertas fuerzas en otras dimensiones a los que alude Emilio clamando la inspiracion divina (la teoria del todo) lo que diriamos castizamente “coger el todo por los cuernos”…
    un saludo. 

    Responder
  7. 7
    Fandila
    el 8 de diciembre del 2012 a las 0:36

    Te referirás a la luz como a ondas electromagnéticas en general. Seguro que también las habrá de otros tipos que no queden referidas solo a campos eléctricos y magnéticos, ondas gravitacionales o vórtices por ejemplo, masivos a su forma o cualquier manera de oscilación que no sea electromagnética.
    Admitiendo que la energía se refiera a ondas electromagnéticas y no de otro tipo, no estamos en condiciones de afirmar que no existan otras menores, más energéticas o menos, pero que habiten mas allá de la dimensión fotónica (h).
    De todas formas la transformación energía a materia, ondas a materia, es engañosa, pues al cabo, qué es la energía. Si nos referimos a la definición de energía, esta implica una masa por una velocidad cuadrática, con lo que toda energía implicará la existencia de una masa en movimiento (El ser es,  algo con movimiento). La onda sin embargo se podría considerar como el movimiento teórico, la oscilación sobre un medio, lo que también es una engañifa, porque la onda se constituiría como un medio en oscilación (No algo abstracto).
    Las relaciones materiales del instante presente vendrán a ser, como tú dices, “cambios de fase”, una transformacion de transformaciones (Energía y masa son formas transformantes). Si apuramos mucho podríamos decir que tal vez la verdadera sustancia fuera el tiempo, pero el tiempo también es insustancial. ¿Qué es la sustancia? El fundamento último no entendible como de nuestra dimensión. La sutileza intrínseca de lo que es.
    Un cordial saludo, kike.

    Responder
  8. 8
    emilio silvera
    el 8 de diciembre del 2012 a las 8:30

    Todas vuestras elucubraciones me ha traído a la memoria, aquel trabajo que una vez expuse aquí: “Hablemos de cuerpos” se titulaba y, aquí os lo dejo:

      
    “Me referiré en primer lugar a los que constituyen nuestro entorno ordinario, que sería todo el entorno que abarca nuestro planeta. En segundo lugar considerare los demás cuerpos y objetos del Universo. El análisis de muestras de esos diversos cuerpos ha puesto de manifiesto que, en función de la composición, los cuerpos pueden ser simples y compuestos. Los primeros son, precisamente, los llamados elementos químicos, a las que el insigne Lavoisier (conocido como padre de la Química), consideró como el último término a que se llega mediante la aplicación del análisis químico.
    Hoy sabemos que son colectividades de átomos isotópicos.
    La mayoría de ellos son sólidos y se encuentran en la Naturaleza (nuestro entorno terráqueo) en estado libre o en combinación química con otros elementos, formando los diversos minerales.
    La ordenación de los iones en las redes se manifiesta externamente en multitud de formas y colores. No obstante, debo señalar que, aun siendo abundante esta variedad, no es tan rica como la que corresponde a los cuerpos vivos, tanto animales como vegetales. La explicación se basa en que el número de especimenes moleculares y su complejidad son mucho mayores que en el reino inorgánico.
     
    Sería conveniente, salir al paso de una posible interpretación errónea. Me refiero a que pudiera pensarse que los reinos que acabamos de mencionar constituyen clases disyuntas, esto es, sin conexión mutua. Y no lo digo porque esté considerando el hecho de que el carbono forma compuestos inorgánicos y orgánicos (lo que también hace el silicio), sino porque haya existido, y aún pueda existir, una conclusión, mejor conexión evolutiva del mundo inorgánico y el viviente que no se puede descartar, de hecho, yo particularmente, estoy seguro de ello. Estamos totalmente conectados con los ríos, las montañas y los valles, con la tierra que pisamos, el aire que respiramos y con todo el resto del Universo del que formamos parte.
    La teoría de Cairos Swith considera que el eslabón entre ambos mundos se halla localizado en los microcristales de arcilla. Mi teoría particular es que no hay eslabón perdido en dicha conexión, sino que es el tiempo el que pone, en cada momento, una u otra materia en uno u otro lugar. Ahora, nos ha tocado estar aquí como ser complejo, pensante y sensitivo. El eón que viene nos puede colocar formando parte de un enorme árbol, de un monte, o, simplemente estar reposando como fina arena en el lecho de un río. Sin dudarlo, J.M.y P. formarán parte de un hermoso jardín perfumado y lleno de aromas que la brisa regalará a los que pasen cerca de allí.
    El granito, por ejemplo, consiste básicamente en una mezcla de tres cuerpos compuestos: cuarzo, mica y feldespato. ¿Quién puede decir hoy lo que seremos mañana?
    En todos los cuerpos que hemos estado considerando hasta ahora, las moléculas, los átomos o los iones se hallan situados en los nudos de la correspondiente red, así que, los electrones de esos individuos se encuentran también localizados en el entorno inmediato de esos lugares. Podríamos decir que la densidad electrónica es una función periódica espacial, lo que significa que al recorrer la red siguiendo una determinada dirección irían apareciendo altibajos, es decir, crestas y valles de la densidad electrónica.
    La estructura de los cuerpos metálicos, así como las aleaciones, merecen una consideración especial. La estructura de los metales y aleaciones difiere de la de los demás cuerpos en un aspecto muy importante que consideraré a continuación.
    Me refiero a que en los cuerpos metálicos existe una deslocalización de los electrones que están menos fuertemente enlazados en los correspondientes núcleos, es decir, de los electrones de valencia.
    Vamos a precisar un poco. Supongamos, para fijar las ideas, que tenemos un trozo de plata metálica pura. En los nudos de la red correspondientes los átomos han perdido su electrón de valencia, pero ocurre que cada uno de estos electrones forma una colectividad que se halla desparramada o dispersa por todo el sólido. Una primera imagen de esta situación fue establecida por el gran físico italiano Enrico Fermi, por lo que se habla de un gas electrónico, llamado también de Fermi, que llenaría los espacios libres, es decir, no ocupados por los iones metálicos.
    Este gas electrónico es el responsable de las propiedades metálicas, tales como el brillo, conductibilidades eléctrica y térmica, etc. La aplicación de la mecánica cuántica a la descripción del estado metálico conduce a la obtención del mapa de la densidad electrónica, o, como decía antes, a las características de la información correspondiente.
    Sin entrar en detalles que desviarían nuestra atención hacia otros conceptos fuera de los límites de lo que ahora estoy pretendiendo, utilizaré el mismo lenguaje que para las estructuras de núcleos y átomos.
    Recordemos que en la sociedad de los nucleones y electrones existen las relaciones verticales y las de estratificación, que se manifiestan en las capas y subcapas. En el caso de los metales tendríamos una colectividad de núcleos, arropados con sus capas cerradas, ocupando los nudos de la red; únicamente los electrones de valencia de cada átomo forman la colectividad del gas electrónico.
    La pregunta que nos debemos hacer es: ¿estos electrones, en número igual, por lo menos, al de los átomos, se hallan estratificados? La respuesta es que sí. Existe una estratificación de estos electrones en las llamadas bandas. El concepto de banda energética resulta de la consideración simultánea de dos aspectos: la cuantización energética ( o la estratificación de los niveles energéticos en los átomos) y el grandísimo número de electrones existentes. Este colectivo no podría ubicarse en un número finito y escaso de niveles. Esta dificultad queda soslayada si se admite que cada uno de esos niveles atómicos de los N átomos que forman el cuerpo se funde en otros tantos niveles de cierta anchura donde ya pueden alojarse los electrones disponibles.
    Esa fusión de los niveles atómicos da lugar a las bandas. Esta imagen equivaldría a considerar un metal como un átomo gigante en el que los niveles energéticos poseyeran una anchura finita.
    En cuanto a la información que puede soportar un metal, podríamos señalar que sería parecida a la del correspondiente átomo, pero mucha más extendida espacialmente. Una información puntual, la del átomo, daría paso a otra espacial, si bien vendría a ser una mera repetición periódica de aquella.
    ¿Y los cuerpos que pueblan el resto del Universo?
    Cuando un cuerpo sobrepasa unas determinadas dimensiones, aparece algo que conocemos como fuerza gravitatoria y que se deja sentir en la forma que todos conocemos y, que da lugar, primeramente a la fusión de los diversos materiales que forman los cuerpos.
    Así, por ejemplo, en el cuerpo que llamamos Tierra, la presión crece con la profundidad, por lo que, a partir de un determinado valor de ésta, aparece el estado líquido y con él una estratificación que trata de establecer el equilibrio hidrostático.
    Dentro de nuestro sistema planetario se distinguen los planetas rocosos, hasta Marte y meteoritos inclusive, y el resto de ellos, desde Júpiter en adelante, incluido este. Estos últimos difieren esencialmente de los primeros en su composición. Recuérdese que la de Júpiter es mucho más simple que la de los planetas rocosos. Consta fundamentalmente de hidrógeno, helio, agua, amoniaco y metano, con un núcleo rocoso en su interior. El hidrógeno que rodea a este núcleo se encuentra en forma de hidrógeno atómico sólido.
    También la composición del Sol (y todas las estrellas que brillan) es más simple que la de los planetas rocosos, su estado físico es el de plasma y su contenido está reducido (mayormente) a hidrógeno y helio. Mas variedad de materiales existe en las estrellas supernovas, donde el primitivo hidrógeno ha evolucionado de la manera que expliqué en otra parte de este trabajo.
    En cuanto a los derechos de la evolución estelar, enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, señalaré que la composición de la primera es sencilla en cuanto al numero de “elementos” constituyentes; la segunda ya lo indica su propio nombre, constan de nucleones, particularmente neutrones que están fuertemente empaquetados (muy juntos) por la gravedad. Una estrella de nuetrones puede tener una densidad superior a la del agua, en millones de veces y del mismo orden que la de los núcleos atómicos. El agujero negro, es un fenómeno aparte, su inmensa fuerza gravitatoria es tal que, ni la luz puede escapar de ella, es decir, su velocidad de escape es superior a 300.000 km/s, y, como según la relatividad, nada es en nuestro Universo, superior en velocidad, a la luz, resulta que nada podrá escapar de un agujero negro.
    Allí dentro, en el interior del agujero negro, no existen ni el tiempo ni el espacio, es como un objeto que estando en nuestro Universo (deja sentir su fuerza gravitatoria y engulle estrellas), al mismo tiempo, no está aquí.
    Desde el comienzo de este trabajo estoy tratando de relacionar el Universo, la materia y la consciencia, es por ello que me he entrenido en dar tantas explicaciones que, para no resultar pesado, he amenizado con alguna que otra historia, noticia o comentario.
    Ha sido un largo recorrido por las profundidades de la materia vista desde distintas perspectivas, y, en ella, estamos nosotros incluidos, con una adicional: El pensamiento, la racionalidad, el Ser.
    En todo el Universo, siempre es lo mismo, rigen las mismas leyes, las mismas fuerzas y está presente la misma materia.

    Quarks (nucleones) y leptones
    Núcleos, átomos, moléculas, sustancias
    Cuerpos, planetas (vida) estrellas
    Galaxias, Cúmulos de Galaxias, y
    UNIVERSO

    Claro que, explicar todo esto en un repaso breve como el que aquí hemos dado, no es nada fácil, se necesitaría más tiempo y una elaboración más esmerada, sin embargo y teniendo en cuenta que el presente trabajo está hecho como disfrute de un enamorado de la ciencia y que, sin ánimo de lucro, lo ha elaborado simplemente poniendo en el papel otras fuentes que, unidas a sus pensamientos, tienen el único deseo de que llegue a personas interesadas en estos temas, y, si alguna de ellas, aprende alguna cosa al leerlo, el autor estará más que satisfecho.”
    Está claro que, como nos dice Kike, la respuesta esté en: “energía-materia-energía” Un triplete transmutativo de esa sustancia primigenia que, ¿no podría ser la luz? al fin y al cabo, la misma fórmula de Eintein E = mc2 nos puede inducir hacia algunas sospechas que…, no acabamos de clarificar en nuestras mentes.
    Fandila también apunta de forma certera algunos posibles posibles escenarios que podrían ser. De todas las maneras, y aunque tengamos algunos conocimientos como para “andar por casa”, lo cierto es que, aún nos queda un largo camino que recorrer para “saber” lo que la materia es, y, sobre todo, ¿que es lo que pueda haber más allá de lo que ahora vemos?
    ¡Interminable dilema!
    Un abrazo amigos

    Responder
  9. 9
    Pedro
    el 25 de febrero del 2018 a las 12:39

    Vamos a rizar el rizo:
    Mencionas que “en el interior del agujero negro no existe ni espacio ni tiempo”.ok
    Me explicó:
    Algo no cuadra, entonces toda la materia que cae en su interior (barionica) , ¿ se desvanece sin más, antes de entrar en dicho agujero, se queda en la frontera, osea en el horizonte de sucesos? O bien se transforma en ¿A saber? Materia exótica. O puede ocurrir como al espacio/tiempo en sus inmediaciones del agujero que cambia sus propiedades (distorsionandolo,dilatandolo), y a la materia que lo circunda ocurra ¿a saber? Entonces ¿Como puede generar gravedad dicho agujero?.Dicha materia (exótica o como se quiera llamar) tiene que ocupar cierto espacio si o si, una vez dentro de dicho agujero. Solo es una mera elocubracion mental.ok

        Un saludo.

    Agujero negro:masa, momento angular, caga .no tiene más componentes.

    Su masa, ocupa un espacio intrínsecamente. (No se sustenta en la nada), salvo que el agujero negro solo lo componga su horizonte de sucesos. Con dos caras  que lo definen. La exterior reflejo de todo lo que nos cuentan y la interior todo un sin sentido.

    Responder
    • 9.1
      Emilio Silvera
      el 26 de febrero del 2018 a las 6:41

      Cuando una estrella como el Sol llega al final de su vida, aparte de formar una nebulosa planetaria con sus capaz exteriores, con el resto de la masa, al quedar exenta de fusión que la hacía expandirse, toda esa ingente masa, queda a merced de la fuerza de gravedad y. dicha masa, se contrae más y más bajo su propio peso. Solamente la puede parar la degeneración de los electrones que, siendo fermiones, no pueden dos ellos ocupar el mismo lugar cuántico, así que les entra una especie de claustrofobia y comienzan a moverse con velocidad relativista, y, ese movimiento, hace que la Gravedad se vea frenada, así, lo que nos queda es una estrella enana blanca que tiene una densidad de hasta órdenes de 10 gr/cm3, es decir, varias toneladas por cm .

      Ahora veamos lo que ocurre en una estrella un poco más masiva que el Sol, al final de su vida, también eyecta al espacio sus capas exteriores de material y forma una nebulosa, y, el resto de la masa, de la misma manera, al quedar sin la fusión nuclear que la hacía expandirse, se contrae bajo la fuerza de la Gravedad, como allí la gravedad es más intensa al existir más masa, ni la degeneración de los electrones puede frenarla y sigue contrayéndose sobre sí misma más y más, de manera que, electrones y protones se funden y forman neutrones. Como los neutrones también son fermiones, están sometidos al Principio de exclusión de Pauli, y, entonces son ellos, los neutrones los que se degeneran y frenan a la Gravedad, quedando toda aquella masa convertida en una estrella de neutrones.

      Las estrellas de neutrones tienen densidades totales de 3,7 x 1017 a 5,9×1017 Kg/m3 es decir que dicha masa es equivalente y tendría la densidad de un Boeing 747 comprimido en el tamaño de un pequeño grano de arena. El ciclo de degeneración  sigue su efecto hasta llegar a densidades de 4×1017 kg/m3 es decir, no tendríamos fuerza para levantar una cucharadita pequeña llena del material neutrónico.

      Si la estrella es aún más masiva, imaginemos 80 veces la masa del Sol, entonces, cuando agotado su combustible nuclear, explota como supernova y forma una Nebulosa enorme con sus capas exteriores pero, el resto de tan inmensa masa, como las veces anteriores, queda a merced de la gravedad que la comprime más y más, de tal manera que, ni la degeneración de los electrones o los neutrones puede frenar la intensa fuerza gravitatoria, así que sigue comrimiéndose cada vez en un espacio menor hasta convertirse en una singularidad, y, desparecer de nuestra vista, se ha convertido en un agujero negro del que ni la luz puede escapar. Allí, en aquella inemnsa densidad, el tiempo deja de existir y el espacio de contrae sobre sí mismo, queda distorsionado, nada se mueve.

      Esta es, básicamente, la explicación que puedo dar a tu pregunta, ya que, así9 son las cosas.

      Saludos.

      Responder
  10. 10
    Emilio Silvera
    el 26 de febrero del 2018 a las 7:01

    Claro que hay teorías que dicen que, en agujeros negros con masas de millones de soles, su densidad es parecida a la del agua, lo cual, aunque no parece muy lógico si vemos todo lo expuesto anteriormente… ¿quién sabe? LO cierto es que nadie ha estado nunca en un agujero negro y a regresado para contarlo. Por otra parte, si en realidad su densidad fuese como la del agua, ¿como podría atrapar hasta la misma luz? Creo más bien que la masa que se forma para convertir a una estrella masiva en un agujero negro, tiene que ser inimaginablemente densa, de ahí los fenómenos que vemos a su alrededor. Se engulle cualquier estrella que por allí se atreva a pasar.

    Responder
    • 10.1
      kike
      el 26 de febrero del 2018 a las 7:59

      Seguramente lo que exista en un agujero negro tras el horizonte de sucesos será otra clase de materia, el quinto elemento…; eso si existe materia, porque parece ser que los físicos no consideran bariónicos a los a.n.

      Responder

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