La materia invisible, la que no es impenetrable, la que no ejerce presión, también es materia.
(15/3/07 – Agencia CyTA-Instituto Leloir-María Cristina Chaler) – En la nota anterior (Átomo I) conocimos los secretos de la materia fermiónica, aquella formada por partículas llamadas fermiones y llegamos a la siguientes conclusiónes:
• Los quarks son los constituyentes de la materia y están en el núcleo.
• Los Leptones son los que ocupan el espacio atómico vacío.
• Cada partícula subatómica posee su correspondiente antipartícula.
El núcleo atómico esta formado por:
• neutrones y protones = bariones: conjunto de tres quarks con sus
• respectivos antiquarks.
• Un quarks y su antiquarks forman hadrones.
Fuera del núcleo
• los leptones y antileptones.
• El giro de las partículas (spin) fermiónicas es un número semi entero.
• Todas estas partículas cumplen con el principio de exclusión de Pauli,
como consecuencia la materia fermiónica es impenetrable y ejerce
presión.
Secretos de la materia
Ya habíamos dicho que el giro de las partículas sobre sí mismas, es una propiedad que recibe el nombre de spin. Si estos giros (número de vueltas por segundo) son múltiplos de números enteros (1, 2, 3, 4,) se dice que el spin es entero y cuando es cero se asume que la partícula no gira.
Este tipo de partículas que no cumplen con el principio de exclusión de Pauli, es decir, que pueden ocupar el mismo espacio en el mismo momento y que no poseen la propiedad de impenetrabilidad, se denominan materia bosónica.
Este tipo de materia coexiste con la fermiónica, y es la causante de generar las interacciones débiles o fuertes entre las diferentes partículas y fenómenos electromagnéticos (electricidad y magnetismo).
Las partículas que forman a la materia bosónica se denominan bosones.
Los bosones fundamentales son:
• bosones W+/- (léase W positivo y negativo)
• bosones Z (zeta)
• gluones (g) (ge)
• fotón ( con spin =1 )(?)(gamma)
• Bosón de Higgs (H) (hache)
Los bosones son los mediadores de las fuerzas y son partículas fundamentales (no compuestas) que generan las interacciones entre los fermiones.
Los bosones W y Z son los responsables de las interacciones nucleares débiles y provocan fuerzas atractivas entre las partículas. La interacción débil es la causante de la radioactividad natural como por ejemplo la desintegración del neutrón.
En símbolos:
Neutrón——-protón (+) +electrón (-) +neutrino.
Observamos como el neutrón se transforma en protón (+) por perder un electrón nuclear (rayo ß) y un neutrino.
El neutrino es una partícula fermiónica neutra de masa muy pequeña; se cree que es 200.000 veces más pequeño que el electrón y hay de tres tipos: neutrino electrónico, muónico y tautónico, estos están afectados por las fuerzas nucleares débiles.
La fuente más importante de neutrinos es el Sol. Millones y millones de ellos atraviesan permanentemente nuestro planeta. Estos no interaccionan fácilmente con la materia y escapan de ella con facilidad, por eso son parte de la radioactividad natural. Artificialmente se preparan en las centrales nucleares, en los aceleradores de partículas.
Los gluones (g) son ocho, generan las interacciones nucleares fuertes y de atracción. Son portadores de carga color y generan fuerza color. No poseen masa ni carga eléctrica sólo poseen carga color (color / anticolor), tienen giro (spin) entero como toda materia bosónica.
Un ejemplo de transformación de materia en donde interviene un gluón
Quarks (rojo) ——–quarks (azul) + gluón (rojo-antiazul)
Obsérvese que el quarks rojo se transforma en azul perdiendo el gluón rojo (color que se llevo del quarks original) con el antiazul (antipartícula del quarks azul que se formó). La transformación del quarks se produjo por la eliminación del gluón.
Es decir, la materia bosónica interacciona muy íntimamente con la fermiónica y es responsable de las distintas fuerzas de interacción entre las partículas, interviniendo en las transformaciones que se producen en la misma.
Más sobre los gluones
Habíamos mencionado que la fuerza color la transmite la carga color. El transmisor de esta fuerza es un bosón llamado gluón.
Los quarks de diferentes hadrones que interaccionan entre sí, lo hacen a través de una “cuerda gluónica”. Esta actúa como una “especie de resorte”, de modo que cuando se alejan los tironea al estado original. Esta fuerza se llama fuerza residual.
Como dijimos en la nota anterior, si aplicamos una fuerza suficientemente grande, de modo que ejercemos un trabajo que separe considerablemente a los hadrones, el átomo reacciona creando materia en forma de quarks para reducir ese espacio vació que los separa. Esto está de acuerdo con la ecuación de Eintein (E = mc2) donde se produce intercambio de materia en energía y viceversa.
Fotón
Los fotones transmiten fuerzas electromagnéticas, éstas pueden ser tanto atractivas como repulsivas y tienen largo alcance.
Cotidianamente conocemos manifestaciones del electromagnetismo, tales como la luz y toda su gama de energías, como los rayos infrarrojos, rayos ultravioletas, los rayos X, las ondas radiales, las ondas televisivas, las microondas, y muchas más.
Para el hombre común son las partículas más conocidas, ya que fue generando a través de la historia distintas tecnologías que usan sus propiedades.
El bosón de Higgs
Se cree que provoca interacciones débiles, pero aún no fue observado. Esperan descubrirlo este año en el gran colisionador de hadrones del Consejo Europeo de Investigación Nuclear (CERN).
Más partículas…
Otros bosones: los Mesones
Los mesones son hadrones y fueron descubiertos en la radiación cósmica. Son partículas compuestas de masa intermedia entre la masa del protón y del electrón, de ahí el nombre de mesón. Están formadas por dos quarks y son bosones.
Hay mesones cargados y algunos neutros. Su función es evitar que los protones se repelan.
Sus clases son:
1. Pión
2. Kaón
3. Rho
4. Etha,
5. D+/-,
6. B neutros. Son partículas poseen quarks abajo y sus antiquarks)
• Pion
Los piones se encuentran en el interior de los núcleos e interaccionan fuertemente con el mismo. Su spin es igual a 0 (cero)
Hay tres tipos: pión neutro, positivo y negativo (p°p+p-).
Están compuestos por un quarks y un antiquarks y reaccionan fuertemente con núcleos atómicos interactuando con ellos.
Piónp+: es el de menor masa.
Actúa intercambiando fuerzas entre protones y neutrones.
Su descomposición en símbolos será:
p+ —— neutrino + µ+
Observamos a un pión cargado positivamente que se descompone en un neutrino y un antimuón, ambas partículas formadoras de materia fermiónica. La segunda partícula, el antimuón, tiene una masa 200 veces mayor que la del electrón, y en este caso es la portadora de la carga positiva que pierde el pión
Piónp- : actúa entre el antiprotón (protón negativo) y el antineutrón (antipartícula del neutrón).
En símbolos
p- ——- µ- + neutrino
Aquí observamos como un pión negativo se descompone en un muón portador de la carga negativa que pierde y un neutrino.
Pión p: El pión neutro es sumamente inestable y de desintegra rápidamente en fotones.
p °—— 2?
• Kaón
Poseen una masa 970 veces mayor a la del electrón, son partículas muy inestables y se desintegran rápidamente en piones en pocos micro segundos.
Los kaones de clasifican en:
• Kaon- ?-
• Kaon+?+
• Kaon ?°
• Kaon cero y su antipartícula.
Estas partículas se caracterizan por contener un quarks o antiquarks extraño y otro.
• Rho
Forman parte de los hadrones blancos, es decir, aquellos que tienen carga color neutra. Se parecen a los piones pero su spin es 1.
Sus clases son:
• ?+
• ?-
• ?°
Más partículas exóticas
Existen mesones exóticos que se encuentran fuera de la clasificación anterior. Estos son:
• Glueballs (bolas de pegamento).
• Mesones híbridos.
• Tetraquarks.
Como dijimos en la nota anterior, los penta quarks aún no se han descubierto y se duda de su existencia.
Existe una cantidad de partículas más, cuya existencia se prevé, pero aún no han sido descubiertas.
El comportamiento de estas partículas suele variar, al igual que el de la materia, según las temperaturas y presiones a las que se las sometan, de modo que la materia, tanto fermiónica como bosónica, variará su estado y comportamiento según las condiciones externas y el tipo de partículas afectadas por ellas.
En condiciones de temperaturas extremas, es decir, mucho frío (cerca de -273 °C) o mucho calor, los estados que presentan algunos materiales ya no son el típico sólido, líquido y gaseoso. Existen estados más exóticos descubiertos en los últimos años a raíz del estudio de la física de las partículas y sus diferentes características.
Estos descubrimientos científicos llevaron a la creación y uso de materiales e inventos que son de utilidad para la humanidad, como los rayos X, la radio, los microondas, los rayos láser, computadoras de última generación, etc.
Conclusiones
La materia que nos rodea está conformada por moléculas que resultan de la combinación de diferentes átomos. Sabemos que el aspecto de esta materia cambiará según sean los átomos que forman sus moléculas.
Los átomos que conforman la materia son apenas 92 y la distinta combinación de los mismos da por resultado los materiales que nos rodean. Las moléculas, a su vez, interactúan generando los distintos estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) por todos conocidos.
La materia visible y contundente presenta propiedades que el hombre fue descubriendo y utilizando para su beneficio a lo largo de la historia.
Algunas de estas propiedades son:
Impenetrabilidad: Un objeto material no puede ocupar al mismo tiempo el lugar del otro.
Maleabilidad: se puede construir con determinados materiales placas y chapas.
Ductilidad: se pueden fabricar hilos con algún tipo de materiales.
Presión: ejerce fuerzas sobre determinadas superficies.
Esta materia es la fermiónica formada por partículas que tienen giros sobre sí mismo
(spin), que son números semi enteros. Cumple con el principio de exclusión de Pauli (no puede haber dos electrones que tengan la misma ecuación de onda como consecuencia ejerce presión y es impenetrable).
Las diferentes fuerzas de interacción de las partículas materiales son causadas por otro tipo de materia, que no cumple con el principio de exclusión de Pauli y que poseen giro sobre sí mismo múltiplo de números enteros. Esta es la materia Bosónica, que es capaz de generar fuerzas de interacción débiles, fuertes o intermedias y de promover fenómenos electromagnéticos.
Con el advenimiento de la radioactividad, el hombre conoció la divisibilidad del átomo, y a medida que paso el tiempo se fueron descubriendo nuevas partículas subatómicas mucho más pequeñas que los núcleos y aún que los electrones.
La nueva mirada de la materia y los descubrimientos de las distintas partículas subatómicas ha generado en los últimos años un vertiginoso avance tecnológico.