El universo de las partículas es fascinante. Cuando las partículas primarias chocan con átomos y moléculas en el aire, aplastan sus núcleos y producen toda clase de partículas secundarias. En esta radiación secundaria (aún muy energética) la que detectamos cerca de la Tierra, por los globos enviados a la atmósfera superior, han registrado la radiación primaria.

                                           Los rayos cósmicos que forman partículas secundarias

El físico estadounidense Robert Andrews Millikan, que recogió una gran cantidad de información acerca de esta radiación (y que le dio el nombre de rayos cósmicos), decidió que debería haber una clase de radiación electromagnética. Su poder de penetración era tal que, parte del mismo, atravesaba muchos centímetros de plomo. Para Millikan, esto sugería que la radiación se parecía a la de los penetrantes rayos gamma, pero con una longitud de onda más corta.

Otros, sobre todo el físico norteamericano Holly Compton, no estaban de acuerdo en que los rayos cósmicos fuesen partículas. Había un medio para investigar este asunto; si se trataba de partículas cargadas, deberían ser rechazadas por el campo magnético de la Tierra al aproximarse a nuestro planeta desde el espacio exterior. Compton estudió las mediciones de la radiación cósmica en varias latitudes y descubrió que en realidad se curvaban con el campo magnético: era más débil cera del ecuador magnético y más fuerte cerca de los polos, donde las líneas de fuerza magnética se hundían más en la Tierra.

Las partículas cósmicas primarias, cuando entran en nuestra atmósfera, llevan consigo unas energías fantásticas, muy elevadas. En general, cuanto más pesado es el núcleo, más raro resulta entre las partículas cósmicas. Núcleos tan complejos como los que forman los átomos de hierro se detectaron con rapidez; en 1968, otros núcleos como el del uranio. Los núcleos de uranio constituyen sólo una partícula entre 10 millones. También se incluirán aquí electrones de muy elevada energía.

Ahora bien, la siguiente partícula inédita (después del neutrón) se descubrió en los rayos cósmicos. A decir verdad, cierto físico teórico había predicho ya este descubrimiento. Paul Adrien Dirac había aducido, fundándose en un análisis matemático de las propiedades inherentes a las partículas subatómicas, que cada partícula debería tener su antipartícula (los científicos desean no sólo que la naturaleza sea simple, sino también simétrica). Así pues, debería haber un antielectrón, salvo por su carga que sería positiva y no negativa, idéntico al electrón; y un antiprotón, con carga negativa en vez de positiva.

Si, las partículas elementales son un misterio, aunque la ciencia está cada vez más cerca de comprender lo que se cuece en ese “universo” de lo muy pequeño.  Son los componentes básicos de la materia, pero su comportamiento y las fuerzas que las rigen aún no están del todo claros.

Se cree que las partículas elementales son muy pequeñas, casi puntos de dimensión cero, y no tienen estructura interna. Sin embargo, la evidencia experimental indica que algunas partículas, como los quarks y los leptones, podrían tener una estructura más compleja. 

Las partículas elementales interactúan entre sí a través de fuerzas fundamentales (fuerza fuerte, fuerza electromagnética, fuerza débil y gravedad). La comprensión de estas interacciones, especialmente la gravitatoria, sigue siendo un desafío. 

• Las partículas elementales tienen propiedades como la masa, la carga eléctrica, el espín y otras. Algunas de estas propiedades, como la masa de los neutrinos, aún no están totalmente definidas.

• El modelo estándar:

  El Modelo Estándar de la física de partículas describe las partículas elementales y sus interacciones. Sin embargo, este modelo no explica algunas observaciones, como la existencia de la materia oscura y la energía oscura, o por qué las partículas tienen diferentes masas. 
• La búsqueda de nuevas partículas:

  Los científicos buscan constantemente nuevas partículas elementales para comprender mejor la naturaleza del universo.

  Ejemplos de partículas elementales:

  • Quarks:Son los componentes básicos de los hadrones, como los protones y neutrones.
  • Leptones:Incluyen los electrones, los muones, los tauones y los neutrinos.
  • Bosones:Son los mediadores de las fuerzas fundamentales, como los fotones (fuerza electromagnética) y los bosones W y Z (fuerza débil).

  En resumen: Las partículas elementales son los bloques de construcción más pequeños de la materia, pero su comportamiento y las fuerzas que las rigen aún son objeto de investigación. El estudio de las partículas elementales es fundamental para comprender la naturaleza del universo, y la búsqueda de nuevas partículas y la comprensión de las interacciones existentes siguen siendo un desafío para los científicos.

   

  

   

  La presencia de fermiones aumenta la super-fluidez de los bosones.

  El equipo de investigadores encabezado por Eneko Malatsetxebarria, del Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV/EHU) y DIPC, ha obtenido el diagrama de fases de una mezcla bosón-fermión, demostrando que la presencia de fermiones aumenta la super-fluidez de los bosones. Publican sus resultados en Physical Review A.

  Los experimentos que se llevan a cabo con los átomos fríos son muy importantes para entender la física cuántica. De hecho, dan opción de observar directamente los efectos cuánticos. Precisamente por eso, a los átomos fríos se les denomina simuladores cuánticos. «Es una herramienta muy poderosa para entender el comportamiento de la materia condensada. No es como antes, que los efectos cuánticos eran algo que sucedía en una caja negra; ahora somos capaces de manipular los átomos casi como queremos, y observar los efectos cuánticos», dice el físico Malatsetxebarria, que ha hecho la tesis en ese campo en el Donostia International Physics Center (DIPC) y en el instituto mixto CSIC-UPV/EHU Centro de Física de Materiales (CFM).

   

  

  Aunque invisibles y ciertamente difíciles de imaginar o visualizar, los fermiones son los responsables de la diversidad y de la estabilidad de todo aquello que vemos y tocamos.

  Los fermiones son partículas fundamentales que constituyen la materia.

  ¿Sabías que los electrones y los quarks tienen algo en común? Y no, no es ni su carga, ni su masa ni su estructura, sino el tipo de partícula que son: ¡fermiones! Concretamente, los fermiones se identifican como aquellas partículas elementales capaces de dar forma a la materia a través de sus interacciones y de sus propiedades únicas.

  El “universo de lo muy pequeño es fascinante.

  Otro día contaremos más cosas.

  Emilio Silvera Vázquez

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