{"id":1867,"date":"2013-09-01T05:00:30","date_gmt":"2013-09-01T04:00:30","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1867"},"modified":"2013-09-01T06:40:23","modified_gmt":"2013-09-01T05:40:23","slug":"%c2%bfcuando-conoceremos-la-materia","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2013\/09\/01\/%c2%bfcuando-conoceremos-la-materia\/","title":{"rendered":"Los diminutos y misteriosos objetos que conforman la materia"},"content":{"rendered":"

\"Espin\"<\/p>\n

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El electr\u00f3n<\/a> es poseedor de una carga el\u00e9ctrica negativa; y, al girar el electr\u00f3n<\/a> sobre su propio eje genera un campo magn\u00e9tico que denominamos esp\u00edn<\/a>. El esp\u00edn<\/a> proporciona una medida del momento angular intr\u00ednseco de toda part\u00edcula. A\u00f1adiendo el esp\u00edn<\/a> como un cuarto n\u00famero cu\u00e1ntico, se logr\u00f3 dar una explicaci\u00f3n m\u00e1s completa de las caracter\u00edsticas de los espectros de \u00e1tomos que poseen un solo electr\u00f3n<\/a>. Actualmente, la existencia del esp\u00edn<\/a> del electr\u00f3n<\/a> est\u00e1 confirmada por muchos resultados experimentales. Pronto, el concepto de esp\u00edn<\/a> se ampli\u00f3 a todas las part\u00edculas subat\u00f3micas, incluidos los protones<\/a>, los neutrones<\/a> y las antipart\u00edculas.<\/p>\n

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\"Kronig\"<\/div>\n<\/td>\n
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\"Goudsmit\"<\/div>\n<\/td>\n
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\"Uhlenbeck\"<\/div>\n<\/td>\n<\/tr>\n
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Ralph Kronig, f\u00edsico alem\u00e1n (1904-1996)<\/div>\n<\/td>\n
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Samuel Goudsmit, f\u00edsico holand\u00e9s (1902-1978)<\/div>\n<\/td>\n
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George Uhlenbeck, f\u00edsico holand\u00e9s (1900-1988)<\/div>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Usualmente se ve c\u00f3mo la part\u00edcula gira sobre su eje, a semejanza de un trompo, o como la Tierra o el Sol, o nuestra galaxia o, si se me permite decirlo, como el propio universo. En 1.925, los f\u00edsicos holandeses George Eugene Uhlenbeck y Samuel Abraham Goudsmit aludieron por primera vez a esa rotaci\u00f3n de las part\u00edculas. \u00c9stas, al girar, generan un min\u00fasculo campo electromagn\u00e9tico; tales campos han sido objeto de medidas y exploraciones, principalmente por parte del f\u00edsico alem\u00e1n Otto Stern y el f\u00edsico norteamericano Isaac Rabi, quienes recibieron los premios Nobel de F\u00edsica en 1.943 y 1.944 respectivamente, por sus trabajos sobre dicho fen\u00f3meno.<\/p>\n

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\"http:\/\/farm5.static.flickr.com\/4140\/4745204958_afd02b2486.jpg\"<\/p>\n

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Esas part\u00edculas (al igual que el prot\u00f3n<\/a>, el neutr\u00f3n<\/a> y el electr\u00f3n<\/a>), que poseen espines que pueden medirse en n\u00fameros mitad, se consideran seg\u00fan un sistema de reglas elaboradas independientemente, en 1.926, por Fermi<\/a> y Dirac; por ello, se las llama y conoce como estad\u00edsticas Fermi-dirac<\/em>. Las part\u00edculas que obedecen a las mismas se denominan fermiones<\/a><\/em>, por lo cual el prot\u00f3n<\/a>, el electr\u00f3n<\/a> y el neutr\u00f3n<\/a> son todos fermiones<\/a>.<\/p>\n

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Hay tambi\u00e9n part\u00edculas cuya rotaci\u00f3n, al duplicarse, resulta igual a un n\u00famero par. Para manipular sus energ\u00edas hay otra serie de reglas, ideadas por Einstein<\/a> y el f\u00edsico indio S. N. Bose. Las part\u00edculas que se adaptan a la estad\u00edstica Bose-Einstein<\/a><\/em> son bosones<\/a><\/em>, como por ejemplo la part\u00edcula alfa<\/a>.<\/p>\n

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Las reglas de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica tienen que ser aplicadas si queremos describir estad\u00edsticamente un sistema de part\u00edculas que obedece a reglas de esta teor\u00eda en vez de los de la mec\u00e1nica cl\u00e1sica. En estad\u00edstica cu\u00e1ntica, los estados de energ\u00eda se considera que est\u00e1n cuantizados. La estad\u00edstica de Bose-Einstein<\/a> se aplica si cualquier n\u00famero de part\u00edculas puede ocupar un estado cu\u00e1ntico dad. Dichas part\u00edculas (como dije antes) son bosones<\/a>, que tienden a juntarse.<\/p>\n

Los bosones<\/a> tienen un momento angular nh\/2\u03c0<\/em>, donde n<\/em> es cero o un entero, y h<\/em> es la constante de Planck<\/a>. Para bosones<\/a> id\u00e9nticos, la funci\u00f3n de ondas es siempre sim\u00e9trica. Si s\u00f3lo una part\u00edcula puede ocupar un estado cu\u00e1ntico, tenemos que aplicar la estad\u00edstica Fermi-Dirac y las part\u00edculas (como tambi\u00e9n antes dije) son los fermiones<\/a> que tienen momento angular (n + \u00bd)h \/ 2\u03c0<\/em> y cualquier funci\u00f3n de ondas de fermiones<\/a> id\u00e9nticos es siempre antisim\u00e9trica. La relaci\u00f3n entre el esp\u00edn<\/a> y la estad\u00edstica de las part\u00edculas est\u00e1 demostrada por el teorema esp\u00edn<\/a>-estad\u00edstica.<\/p>\n

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En un espacio de dos dimensiones es posible que haya part\u00edculas (o cuasipart\u00edculas) con estad\u00edstica intermedia entre bosones<\/a> y fermiones<\/a>. Estas part\u00edculas se conocen con el nombre de aniones<\/em>; para aniones id\u00e9nticos, la funci\u00f3n de ondas no es sim\u00e9trica (un cambio de fase de +1) o antisim\u00e9trica (un cambio de fase de -1), sino que interpola continuamente entre +1 y -1. Los aniones pueden ser importantes en el an\u00e1lisis del efecto Hall cu\u00e1ntico fraccional y han sido sugeridos como un mecanismo para la superconductividad de alta temperatura.<\/p>\n

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\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 El principio de exclusi\u00f3n<\/a> de Pauli y el cuarto n\u00famero cu\u00e1ntico, el spin<\/strong><\/p>\n

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Debido al principio de exclusi\u00f3n<\/a> de Pauli, es imposible que dos fermiones<\/a> ocupen el mismo estado cu\u00e1ntico (al contrario de lo que ocurre con los bosones<\/a>). La condensaci\u00f3n Bose-Einstein<\/a> es de importancia fundamental para explicar el fen\u00f3meno de la superfluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2\u00d710-7<\/sup> K) se puede formar un condensado de Bose-Einstein<\/a>, en el que varios miles de \u00e1tomos dorman una \u00fanica entidad (un super\u00e1tomo). Este efecto ha sido observado con \u00e1tomos de rubidio y litio. Como ha habr\u00e9is podido suponer, la condensaci\u00f3n Bose-Einstein<\/a> es llamada as\u00ed en honor al f\u00edsico Satyendra Nath Bose (1.894 – 1.974) y a Albert Einstein<\/a>. As\u00ed que, el principio de exclusi\u00f3n<\/a> de Pauli tiene aplicaci\u00f3n no s\u00f3lo a los electrones<\/a>, sino tambi\u00e9n a los fermiones<\/a>; pero no a los bosones<\/a>.<\/p>\n

Si nos fijamos en todo lo que estamos hablando aqu\u00ed, es f\u00e1cil comprender c\u00f3mo forma\u00a0 un campo magn\u00e9tico la part\u00edcula cargada que gira, pero ya no resulta tan f\u00e1cil saber por qu\u00e9 ha de hacer lo mismo un neutr\u00f3n<\/a> descargado. Lo cierto es que cuando un rayo de neutrones<\/a> incide sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma forma que lo har\u00eda si el hierro no estuviese magnetizado. El magnetismo del neutr\u00f3n<\/a> sigue siendo un misterio; los f\u00edsicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalente a cero, aunque por alguna raz\u00f3n desconocida, logran crear un campo magn\u00e9tico cuando gira la part\u00edcula.<\/p>\n

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Particularmente creo que, si el neutr\u00f3n<\/a> tiene masa, si la masa es energ\u00eda (E = mc2<\/sup><\/em>), y si la energ\u00eda es electricidad y magnetismo (seg\u00fan Maxwell), el magnetismo del neutr\u00f3n<\/a> no es tan extra\u00f1o, sino que es un aspecto de lo que en realidad es materia. La materia es la luz, la energ\u00eda, el magnetismo, en\u00a0 definitiva, la fuerza que reina en el universo y que est\u00e1 presente de una u otra forma en todas partes (aunque no podamos verla).<\/p>\n

Sea como fuere, la rotaci\u00f3n del neutr\u00f3n<\/a> nos da la respuesta a esas preguntas:<\/p>\n

\u00bfQu\u00e9 es el antineutr\u00f3n<\/a>? Pues, simplemente, un neutr\u00f3n<\/a> cuyo movimiento rotatorio se ha invertido; su polo sur magn\u00e9tico, por decirlo as\u00ed, est\u00e1 arriba y no abajo. En realidad, el prot\u00f3n<\/a> y el antiprot\u00f3n<\/a>, el electr\u00f3n<\/a> y el positr\u00f3n, muestran exactamente el mismo fen\u00f3meno de los polos invertidos.<\/p>\n

Es indudable que las antipart\u00edculas pueden combinarse para formar la antimateria, de la misma forma que las part\u00edculas corrientes forman la materia ordinaria.<\/p>\n

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Los investigadores, de la organizaci\u00f3n europea de investigaci\u00f3n nuclear (CERN), lograron atrapar 38 \u00e1tomos de hidr\u00f3geno de antimateria en una fracci\u00f3n de segundo, un tiempo que permite comenzar a estudiar su estructura. Esto supone un hito hist\u00f3rico ya que, seg\u00fan explica el especialista en Ciencia de la BBC, Jason Palmer, pese a que antes se hab\u00eda logrado producir antihidr\u00f3geno, en las ocasiones anteriores se destruy\u00f3 inmediatamente al entrar en contacto con la materia.<\/p>\n

La primera demostraci\u00f3n efectiva de antimateria se tuvo en Brookhaven en 1.965, donde fue bombardeado un blanco de berilio con 7 protones<\/a> BeV y se produjeron combinaciones de antiprotones y antineutrones, o sea, un antideuter\u00f3n<\/em>. Desde entonces se ha producido el antihelio 3<\/em>, y no cabe duda de que se podr\u00eda crear otros antin\u00facleos m\u00e1s complicados a\u00fan si se abordara el problema con m\u00e1s inter\u00e9s.<\/p>\n

Pero, \u00bfexiste en realidad la antimateria? \u00bfHay masas de antimateria en el universo? Si las hubiera, no revelar\u00edan su presencia a cierta distancia. Sus efectos gravitatorios y la luz que produjeran ser\u00edan id\u00e9nticos a los de la materia corriente. Sin embargo, cuando se encontrasen las masas de las distintas materias, deber\u00edan ser claramente perceptibles las reacciones masivas del aniquilamiento mutuo resultante del encuentro. As\u00ed pues, los astr\u00f3nomos observan especulativamente las galaxias, para tratar de encontrar alguna actividad inusual que delate interacciones materia-antimateria.<\/p>\n

No parece que dichas observaciones fuesen un \u00e9xito. \u00bfEs posible que el universo est\u00e9 formado casi enteramente por materia, con muy poca o ninguna antimateria? Y si es as\u00ed, \u00bfpor qu\u00e9? Dado que la materia y la antimateria son equivalente en todos los aspectos, excepto en su oposici\u00f3n electromagn\u00e9tica, cualquier fuerza que crease una originar\u00eda la otra, y el universo deber\u00eda estar compuesto de iguales cantidades de la una y de la otra.<\/p>\n

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Este es el dilema. La teor\u00eda nos dice que deber\u00eda haber all\u00ed antimateria, pero las observaciones lo niegan, no lo respaldan. \u00bfEs la observaci\u00f3n la que falla? \u00bfY qu\u00e9 ocurre con los n\u00facleos de las galaxias activas, e incluso m\u00e1s a\u00fan, con los qu\u00e1sares? \u00bfDeber\u00edan ser estos fen\u00f3menos energ\u00e9ticos el resultado de una aniquilaci\u00f3n materia-antimateria? \u00a1No creo! Ni siquiera ese aniquilamiento parece ser suficiente, y los astr\u00f3nomos prefieren aceptar la noci\u00f3n de colapso gravitatorio y fen\u00f3menos de agujeros negros<\/a>, como el \u00fanico mecanismo conocido para producir la energ\u00eda requerida.<\/p>\n

Con esto de la antimateria me ocurre igual que con el hecho, algunas veces planteado, de la composici\u00f3n de la materia en lugares lejanos del universo. “Ha ca\u00eddo una nave extraterrestre y nuestros cient\u00edficos han comprobado que est\u00e1 hecha de un material desconocido, casi indestructible”. Este comentario se ha podido o\u00edr en alguna pel\u00edcula de ciencia ficci\u00f3n. Podr\u00eda ser verdad (un material desconocido), sin embargo, no porque la nave est\u00e9 construida por una materia distinta, sino porque la aleaci\u00f3n es distinta y m\u00e1s avanzada a partir de los materiales conocidos del universo. En cualquier parte del universo, por muy lejana que pueda estar, rigen los mismos principios y las mismas fuerzas: la materia y la energ\u00eda son las mismas en cualquier parte. Lo \u00fanico que puede diferir es la forma en que se utilice, el tratamiento que se le pueda dar, y sobre todo, el poseer el conocimiento y la tecnolog\u00eda necesarios para poder obtener el m\u00e1ximo resultado de las propiedades que dicha materia encierra, porque, en \u00faltima instancia, \u00bfes en verdad inerte la materia?<\/p>\n

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Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos a\u00fan a a\u00f1os luz de saber y conocer sobre su verdadera naturaleza. Nos podr\u00edamos preguntar miles de cosas que no sabr\u00edamos contestar. Nos maravillan y asombran fen\u00f3menos naturales que ocurren ante nuestros ojos, pero que tampoco sabemos, en realidad, a qu\u00e9 son debidas. S\u00ed, sabemos ponerles etiquetas como la fuerza nuclear d\u00e9bil<\/a><\/em>, la fisi\u00f3n espont\u00e1nea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio, y con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transur\u00e1nicos.<\/p>\n

A medida que los n\u00facleos se hacen m\u00e1s grandes, la probabilidad de una fisi\u00f3n espont\u00e1nea aumenta. En los elementos m\u00e1s pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el m\u00e9todo m\u00e1s importante de su ruptura, sobrepasando a la emisi\u00f3n de part\u00edculas alfa<\/a>. \u00a1Parece que la materia est\u00e1 viva! Son muchas las cosas que desconocemos, y nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas.<\/p>\n

El electr\u00f3n<\/a> y el positr\u00f3n son notables por sus peque\u00f1as masas (s\u00f3lo 1\/1.836 de la del prot\u00f3n<\/a>, el neutr\u00f3n<\/a>, el antiprot\u00f3n<\/a> o el antineutr\u00f3n<\/a>), y por lo tanto, han sido denominados leptones<\/a> (de la voz griega leptos<\/em>, que dignifica “delgado”).<\/p>\n

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Aunque el electr\u00f3n<\/a> fue descubierto en 1.897 por el f\u00edsico brit\u00e1nico Joseph John Thomson (1.856 – 1.940), el problema de su estructura, si la hay, a\u00fan no est\u00e1 resuelto. Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9’1093897 (54) \u00d7 10-31<\/sup> Kg la primera, y 1’60217733 (49) \u00d7 10-19<\/sup> culombios la segunda, y tambi\u00e9n su radio cl\u00e1sico r0<\/sub><\/em> igual a e2<\/sup>\/(mc2<\/sup>)<\/em> = 2’82 \u00d7 10-13<\/sup> cm. No se ha descubierto a\u00fan ninguna part\u00edcula que sea menos masiva que el electr\u00f3n<\/a> (o positr\u00f3n) y que lleve una carga el\u00e9ctrica, sea la que fuese (sabemos c\u00f3mo act\u00faa y c\u00f3mo medir sus propiedades, pero a\u00fan no sabemos qu\u00e9 es), que tenga asociada un m\u00ednimo de masa.<\/p>\n

Lo cierto es que el electr\u00f3n<\/a> es una maravilla en s\u00ed mismo. El universo no ser\u00eda como lo conocemos si el electr\u00f3n<\/a> fuese distinto a como es; bastar\u00eda un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudi\u00e9ramos estar aqu\u00ed ahora.<\/p>\n

\u00a1No por peque\u00f1o se el insignificante!<\/p>\n

Record\u00e9moslo, todo lo grande est\u00e1 hecho de cosas peque\u00f1as. En realidad, existen part\u00edculas que no tiene asociada ninguna masa en absoluto, es decir, ninguna masa en reposo. Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica se comportan como part\u00edculas (Einstein<\/a> en su efecto fotoel\u00e9ctrico y De Broglie en la difracci\u00f3n de electrones<\/a><\/a>*). Esta manifestaci\u00f3n en forma de part\u00edculas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda, se denomina fot\u00f3n<\/a>, de la palabra griega que significa “luz”.<\/p>\n

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Funciones de onda del electr\u00f3n<\/a> en el \u00e1tomo de hidr\u00f3geno<\/div>\n

El fot\u00f3n<\/a> tiene una masa de 1, una carga el\u00e9ctrica de 0, pero posee un esp\u00edn<\/a> de 1, por lo que es un bos\u00f3n<\/a>. \u00bfC\u00f3mo se puede definir lo que es el esp\u00edn<\/a>? Los fotones<\/a> toman parte en las reacciones nucleares, pero el esp\u00edn<\/a> total de las part\u00edculas implicadas antes y despu\u00e9s de la reacci\u00f3n deben permanecer inmutadas (conservaci\u00f3n del esp\u00edn<\/a>). La \u00fanica forma de que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones<\/a> radica en suponer que el fot\u00f3n<\/a> tiene un esp\u00edn<\/a> de 1. El fot\u00f3n<\/a> no se considera un lept\u00f3n<\/a>, puesto que este t\u00e9rmino se reserva para la familia formada por el electr\u00f3n<\/a>, el mu\u00f3n<\/a> y la part\u00edcula tau<\/a>, con sus correspondiente neutrinos<\/a>: \u03c5e<\/sub>, \u03c5\u03bc<\/sub> y \u03c5\u03c4<\/sub>.<\/p>\n

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\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Emitiendo fotones<\/a> de luz<\/p>\n

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Existen razones te\u00f3ricas para suponer que cuando\u00a0 las masas se aceleran (como cuando se mueven en \u00f3rbitas el\u00edpticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energ\u00eda en forma de ondas gravitaciones. Esas ondas pueden, as\u00ed mismo, poseer aspecto de part\u00edcula, por lo que toda part\u00edcula gravitacional recibe el nombre de gravit\u00f3n<\/a>.<\/p>\n

La forma gravitatoria es mucho, mucho m\u00e1s d\u00e9bil que la fuerza electromagn\u00e9tica<\/a>. Un prot\u00f3n<\/a> y un electr\u00f3n<\/a> se atraen gravitacionalmente con s\u00f3lo 1\/1039<\/sup> de la fuerza en que se atraen electromagn\u00e9ticamente. El gravit\u00f3n<\/a> (a\u00fan sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energ\u00eda que el fot\u00f3n<\/a>, y por tanto, ha de ser inimaginablemente dif\u00edcil de detectar.<\/p>\n

emilio silvera<\/em><\/p>\n

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    El electr\u00f3n es poseedor de una carga el\u00e9ctrica negativa; y, al girar el electr\u00f3n sobre su propio eje genera un campo magn\u00e9tico que denominamos esp\u00edn. El esp\u00edn proporciona una medida del momento angular intr\u00ednseco de toda part\u00edcula. A\u00f1adiendo el esp\u00edn como un cuarto n\u00famero cu\u00e1ntico, se logr\u00f3 dar una explicaci\u00f3n m\u00e1s completa de […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_s2mail":"yes","footnotes":""},"categories":[6],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1867"}],"collection":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1867"}],"version-history":[{"count":0,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1867\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1867"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1867"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1867"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}