{"id":2345,"date":"2010-07-26T08:19:31","date_gmt":"2010-07-26T06:19:31","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=2345"},"modified":"2010-07-27T08:15:33","modified_gmt":"2010-07-27T06:15:33","slug":"rayos-cosmicos-particulas-elementos","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2010\/07\/26\/rayos-cosmicos-particulas-elementos\/","title":{"rendered":"Rayos c\u00f3smicos, part\u00edculas, elementos."},"content":{"rendered":"

Part\u00edculas<\/strong><\/p>\n

El universo de las part\u00edculas es fascinante. Cuando las part\u00edculas primarias chocan con \u00e1tomos y mol\u00e9culas en el aire, aplastan sus n\u00facleos y producen toda clase de part\u00edculas secundarias. En esta radiaci\u00f3n secundaria (a\u00fan muy energ\u00e9tica) la que detectamos cerca de la Tierra, por los globos enviados a la atm\u00f3sfera superior, han registrado la radiaci\u00f3n primaria.<\/p>\n

El f\u00edsico estadounidense Robert Andrews Millikan, que recogi\u00f3 una gran cantidad de informaci\u00f3n acerca de esta radiaci\u00f3n (y que le dio el nombre de rayos c\u00f3smicos), decidi\u00f3 que deber\u00eda haber una clase de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica. Su poder de penetraci\u00f3n era tal que, parte del mismo, atravesaba muchos cent\u00edmetros de plomo. Para Millikan, esto suger\u00eda que la radiaci\u00f3n se parec\u00eda a la de los penetrantes rayos gamma<\/a>, pero con una longitud de onda m\u00e1s corta.<\/p>\n

Otros, sobre todo el f\u00edsico norteamericano Holly Compton, no estaban de acuerdo en que los rayos c\u00f3smicos fuesen part\u00edculas. Hab\u00eda un medio para investigar este asunto; si se trataba de part\u00edculas cargadas, deber\u00edan ser rechazadas por el campo magn\u00e9tico de la Tierra al aproximarse a nuestro planeta desde el espacio exterior. Compton estudi\u00f3 las mediciones de la radiaci\u00f3n c\u00f3smica en varias latitudes y descubri\u00f3 que en realidad se curvaban con el campo magn\u00e9tico: era m\u00e1s d\u00e9bil cera del ecuador magn\u00e9tico y m\u00e1s fuerte cerca de los polos, donde las l\u00edneas de fuerza magn\u00e9tica se hund\u00edan m\u00e1s en la Tierra.<\/p>\n

Las part\u00edculas c\u00f3smicas primarias, cuando entran en nuestra atm\u00f3sfera, llevan consigo unas energ\u00edas fant\u00e1sticas, muy elevadas. En general, cuanto m\u00e1s pesado es el n\u00facleo, m\u00e1s raro resulta entre las part\u00edculas c\u00f3smicas. N\u00facleos tan complejos como los que forman los \u00e1tomos de hierro se detectaron con rapidez; en 1.968, otros n\u00facleos como el del uranio. Los n\u00facleos de uranio constituyen s\u00f3lo una part\u00edcula entre 10 millones. Tambi\u00e9n se incluir\u00e1n aqu\u00ed electrones<\/a> de muy elevada energ\u00eda.<\/p>\n

Ahora bien, la siguiente part\u00edcula in\u00e9dita (despu\u00e9s del neutr\u00f3n<\/a>) se descubri\u00f3 en los rayos c\u00f3smicos. A decir verdad, cierto f\u00edsico te\u00f3rico hab\u00eda predicho ya este descubrimiento. Paul Adrien Dirac hab\u00eda aducido, fund\u00e1ndose en un an\u00e1lisis matem\u00e1tico de las propiedades inherentes a las part\u00edculas subat\u00f3micas, que cada part\u00edcula deber\u00eda tener su antipart\u00edcula<\/em> (los cient\u00edficos desean no s\u00f3lo que la naturaleza sea simple, sino tambi\u00e9n sim\u00e9trica). As\u00ed pues, deber\u00eda haber un antielectr\u00f3n<\/em>, salvo por su carga que ser\u00eda positiva y no negativa, id\u00e9ntico al electr\u00f3n; y un antiprot\u00f3n<\/a><\/em>, con carga negativa en vez de positiva.<\/p>\n

En 1.930, cuando Dirac expuso su teor\u00eda, no llam\u00f3 demasiado la atenci\u00f3n en el mundo de la ciencia. Pero, fiel a la cita, dos a\u00f1os despu\u00e9s apareci\u00f3 el antielectr\u00f3n<\/a>. Por entonces, el f\u00edsico americano Carl David Anderson trabajaba con Millikan en un intento por averiguar si los rayos c\u00f3smicos eran radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica o part\u00edculas. Por aquellas fechas, casi todo el mundo estaba dispuesto a aceptar las pruebas presentadas por Compton, seg\u00fan las cuales, se tratar\u00eda de part\u00edculas cargadas; pero Millikan no acababa de darse por satisfecho con tal soluci\u00f3n.<\/p>\n

Anderson se propuso averiguar si los rayos c\u00f3smicos que penetraban en una c\u00e1mara de ionizaci\u00f3n se curvaban bajo la acci\u00f3n de un potente campo magn\u00e9tico. Al objeto de frenar dichos rayos lo suficiente como para detectar la curvatura, si la hab\u00eda, puso en la c\u00e1mara una barrera de plomo de 6\u201935 mm de espesor. Descubri\u00f3 que, cuando cruzaba el plomo, la radiaci\u00f3n c\u00f3smica trazaba una estela curva a trav\u00e9s de la c\u00e1mara; y descubri\u00f3 algo m\u00e1s. A su paso por el plomo, los rayos c\u00f3smicos energ\u00e9ticos arrancaban part\u00edculas de los \u00e1tomos de plomo. Una de esas part\u00edculas dej\u00f3 una estela similar a la del electr\u00f3n<\/a>. \u00a1All\u00ed estaba, pues, el antielectr\u00f3n<\/a> de Dirac! Anderson le dio el nombre de positr\u00f3n. Tenemos aqu\u00ed un ejemplo de radiaci\u00f3n secundaria producida por rayos c\u00f3smicos. Pero a\u00fan hab\u00eda m\u00e1s, pues en 1.963 se descubri\u00f3 que los positrones figuraban tambi\u00e9n entre las radiaciones primarias.<\/p>\n

Abandonado a sus propios medios, el positr\u00f3n es tan estable como el electr\u00f3n<\/a> (\u00bfy por qu\u00e9 no habr\u00eda de serlo si el id\u00e9ntico al electr\u00f3n<\/a>, excepto en su carga el\u00e9ctrica?). Adem\u00e1s, su existencia puede ser indefinida. Ahora bien, en realidad no queda abandonado nunca a sus propios medios, ya que se mueve en un universo repleto de electrones<\/a>. Apenas inicia su veloz carrera (cuya duraci\u00f3n ronda la millon\u00e9sima de segundo), se encuentra ya con uno.<\/p>\n

As\u00ed, durante un momento relampagueante quedaron asociados el electr\u00f3n<\/a> y el positr\u00f3n; ambas part\u00edculas girar\u00e1n en torno a un centro de fuerza com\u00fan. En 1.945, el f\u00edsico americano Arthur Edwed Ruark sugiri\u00f3 que se diera el nombre de positronio<\/em> a este sistema de dos part\u00edculas, y en 1.951, el f\u00edsico americano de origen austriaco\u00a0 Martin Deutsch consigui\u00f3 detectarlo gui\u00e1ndose por los rayos gamma<\/a> caracter\u00edsticos del conjunto.<\/p>\n

Pero no nos confundamos, aunque se forme un sistema positronio, su existencia durar\u00e1, como m\u00e1ximo, una diezmillon\u00e9sima de segundo. El encuentro del electr\u00f3n-positr\u00f3n provoca un aniquilamiento mutuo; s\u00f3lo queda energ\u00eda en forma de radiaci\u00f3n gamma. Ocurre pues, tal como hab\u00eda sugerido Einstein<\/a>: la materia puede convertirse en energ\u00eda y viceversa. Por cierto, que Anderson consigui\u00f3 detectar muy pronto el fen\u00f3meno inverso: desaparici\u00f3n s\u00fabita de rayos gamma<\/a> para dar origen a una pareja electr\u00f3n-positr\u00f3n. Este fen\u00f3meno se llama producci\u00f3n en pareja<\/em>. Anderson comparti\u00f3 con Hess el premio Nobel de F\u00edsica de 1.936.<\/p>\n

Poco despu\u00e9s, los Joliot-Curie detectaron el positr\u00f3n por otros medios, y al hacerlo as\u00ed realizaron, de paso, un importante descubrimiento. Al bombardear los \u00e1tomos de aluminio con part\u00edculas alfa<\/a>, descubrieron que con tal sistema no s\u00f3lo se obten\u00edan protones<\/a>, sino tambi\u00e9n positrones. Cuando suspendieron el bombardeo, el aluminio sigui\u00f3 emitiendo positrones, emisi\u00f3n que s\u00f3lo con el tiempo se debilit\u00f3. Aparentemente hab\u00edan creado, sin propon\u00e9rselo, una nueva sustancia radiactiva. He aqu\u00ed la interpretaci\u00f3n de lo ocurrido seg\u00fan los Joliot-Curie: cuando un n\u00facleo de aluminio absorbe una part\u00edcula alfa<\/a>, la adici\u00f3n de los dos protones<\/a> transforma el aluminio (n\u00famero at\u00f3mico 13) en f\u00f3sforo (n\u00famero at\u00f3mico 15). Puesto que las part\u00edculas alfa<\/a> contienen cuatro nucleones<\/a> en total, el n\u00famero masivo se eleva 4 unidades, es decir, del aluminio 27 al f\u00f3sforo 31. Ahora bien, si al reaccionar se expulsa un prot\u00f3n<\/a> de ese n\u00facleo, la reducci\u00f3n en una unidad de sus n\u00fameros at\u00f3micos y masivos har\u00e1 surgir otro elemento, o sea, el silicio 30.<\/p>\n

Puesto que la part\u00edcula alfa<\/a> es el n\u00facleo del helio, y un prot\u00f3n<\/a> es el n\u00facleo del hidr\u00f3geno, podemos escribir la siguiente ecuaci\u00f3n de esta reacci\u00f3n nuclear<\/em>:<\/p>\n

aluminio 27 + helio 4 = silicio 30 + hidr\u00f3geno 1<\/p>\n

N\u00f3tese que los n\u00fameros m\u00e1sicos se equilibran:<\/p>\n

27 + 4 = 30 + 1<\/p>\n

Adentrarse en el universo de las part\u00edculas que componen los elementos de la tabla peri\u00f3dica, y en definitiva, la materia conocida, es verdaderamente fant\u00e1stico.<\/p>\n

emilio silvera<\/p>\n

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