Cuando en física se trata de
estudiar la materia y su comportamiento nos encontramos
a veces con problemas en los que nos
resulta trascendente (al menos en una primera aproximación)
conocer como está constituida la materia.
El estudio de un mismo cuerpo puede enfocarse desde multitud de
puntos de vista, cada uno de los cuales requiere ciertos
supuestos de partida, y por tanto, cierto grado de
aproximación.
Básicamente existen dos puntos de vista para observar el
comportamiento de la materia: el macroscópico y el
microscópico. Al adoptar el primero suponemos que la materia
es continua, es decir, el espacio ocupado por el objeto al
estudiarlo está completamente lleno de materia.
El punto de vista microscópico tiene en cuenta la estructura atómica de la
materia, es decir su carácter discontinuo,
granular, con huecos entre los átomos y dentro de
éstos, formada por un número enorme de partículas
separadas entre sí y en continuo movimiento.
El espacio entre las partículas que forman la materia no
está lleno de materia, es espacio vacío; entre
cada dos partículas no hay materia. La materia es
básicamente… ¡nada!, espacio vacío.
Desde ese punto de vista, si quisiéramos conocer el
comportamiento de un pedazo de materia con toda exactitud
deberíamos conocer el comportamiento de cada uno de esos
átomos y, por tanto, manejar un número elevadísimo
de variables.
Estructura microscópica de la
materia
Los primeros investigadores que en épocas recientes
intentaron el estudio de la materia se dieron cuenta que
había ciertas regularidades en todos los elementos de una
columna y que esto solo era posible si se admitía cierta
estructura atómica.
El descubrimiento del electrón por Thomson, los trabajos de
Rutherford y el descubrimiento de protones y neutrones afirmaron
la divisibilidad del átomo y la existencia de
cierta estructura en su interior. Con el descubrimiento de la
radiactividad, y otros avances de la física fue posible
demostrar que en la materia existen cientos de partículas,
siendo doce las fundamentales, entre las que se encuentran los
quarks, hadrones (mesones y bariones), leptones.
Toda partícula fundamental viene caracterizada
básicamente por tres magnitudes: su masa, su carga y su
espín (momento angular intrínseco). Dependiendo de su
espín las partículas se distinguen en: fermiones
(tienen espín ± ½) y bosones (con espín
±1)
Pero surgió la necesidad de "inventar" lo que se
denominó extrañeza, ésto permitió predecir
que reacciones nucleares entre partículas se producirán
y cuales no. Si construimos diagramas representando la
extrañeza y la carga eléctrica encontraremos que todos
los mesones (conocidos hasta hoy) tienen lugar en el esquema; lo
mismo sucede con los bariones. El camino óctuple (teoría formulada
por M. Gell-Mann e Y. Ne"eman en 1961) predijo incluso la
existencia de varias partículas necesarias para completar
los diagramas anteriores.
Existe un "sistema periódico" de las
partículas fundamentales. Desde 1964 se supone que todas las
partículas fundamentales (hadrones) están constituidas
por otras entidades menores llamadas quarks. éstos tienen la
rara propiedad de poseer carga
eléctrica fraccionaria.
La imagen que tenemos hoy de los
hadrones es la de agrupaciones de quarks de la misma forma que
los átomos son agrupaciones de electrones, protones y
neutrones. A pesar de esta similitud los quarks no pueden existir
aislados.
La estructura microscópica de la materia quedará
completada de la siguiente forma: la materia está formada
por leptones y quarks. Existen seis leptones y seis quarks
encuadrados en seis familias.
Con la primera familia queda descrita la materia
ordinaria (protones, neutrones y electrones). Las demás
familias explican la materia que se crea en los modernos
aceleradores de partículas.
Familia | Leptones | Quarks | ||||
Nombre | Masa (GeV) | Carga (e-) | Nombre | Masa (GeV) | Carga (e-) | |
Primera Familia | Electrón | 0,00051 | -1 | Up | 0,310 | + 2/3 |
Neutrino electrónico | » 0 | 0 | Down | 0,310 | – 1/3 |
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