La Cuántica

La física cuántica, es la física de las posibilidades, una manera de descubrir el mundo.

Enrique Mijares / Cazadores de estrellas

La física de las partículas tiene su antecedente en el siglo IV a.C. con Leucipo y su posterior desarrollo con Demócrito, quienes afirmaron que la materia estaba hecha de piezas muy pequeñas e indivisibles a las que llamaron “átomos”.

Durante muchos siglos todo permaneció igual hasta que, en el siglo XIX, la teoría atómica tuvo un gran impulso con el británico John Dalton, pero seguía considerando que éste – el átomo – no se podía dividir en partículas más pequeñas. Fue hasta 1897 que otro británico, Joshep John Thomson, descubre experimentalmente el electrón y presenta su modelo (conocido como “pudín”) en 1904.

La Cuántica — Joshep John Thomson, descubre experimentalmente el electrón y presenta su modelo (conocido como “pudín”) en 1904. / Foto: Enrique Mijares / Cazadores de estrellas

Modelo Estándar de Partículas

Desarrollado en la segunda mitad del siglo XX (1970 a 1973) este modelo básicamente explica el origen cuántico (de partículas elementales irreductibles) de tres de las cuatro fuerzas fundamentales que rigen el universo: el electromagnetismo, que describe la interacción entre partículas cargadas con campos eléctricos y magnéticos; la fuerza nuclear fuerte, que es la responsable de mantener unido el núcleo atómico (protones y neutrones) y es la mayor fuerza existente en el universo, venciendo la repulsión electromagnética (cargas iguales se repelen); y por último, la fuerza nuclear débil, que es la responsable de la desintegración radiactiva (fisión nuclear). La gravedad, aún no se explica por completo a niveles cuánticos.

Terminado el modelo en 1973, las partículas se dividieron en fermiones y bosones: los fermiones constituyen toda la materia conocida. Al día de hoy sabemos que las galaxias, estrellas, planetas, animales, platas, agua y todo aquello que forma la materia, está hecha de tres partículas: los electrones, los up quark y los down quark. Los protones está hechos de dos up quark y un down quark; los neutrones están hechos de un up quark y dos down quark.

Las cosas se complican mucho más, los electrones forman parte de una familia en la que existen otras partículas llamadas Muones y Tau, que se comportan básicamente igual pero que tienen una masa y un tiempo de vida diferente al de los electrones.

Los otros miembros de esta misma familia son el electrón neutrino, el muon neutrino y el tau neutrino. Estos tienen una masa muy pequeña, pudiendo viajar casi a la velocidad de la luz.

Por otro lado, en la familia de los fermiones, se encuentran dos “versiones” de los down quarks: los strange y los bottom. Pero también dos “versiones” de los up qurks: los charm y los top.

Todas estas partículas son las responsables de la generación, unión y separación de los bloques que forman la materia.

La otra gran familia es la de los Bosones, en donde se originan las fuerzas que rigen el universo (a excepción de la gravedad, por ahora).

Posiblemente las partículas más conocidas de este grupo son los Fotones, responsables del origen del electromagnetismo. No tienen masa ni carga eléctrica. Todas las partículas cargadas eléctricamente experimentan esta fuerza. Los bosones Z y W son los responsables de la fuerza nuclear débil y los gluones de la fuerza nuclear fuerte. De ambas fuerzas se comentó casi al inicio de este texto.

El último bosón descubierto, y posiblemente el más famoso, es el de Higgs, teorizado por Peter Higgs en 1964 y comprobado definitivamente en 2013 en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN por sus siglas en inglés). Este bosón explica el origen de la masa de las partículas elementales. Es un campo que impregna todo el espacio y que si las partículas interactúan con él, adquieren masa. Aquellas que no interactúan con él, no la adquieren.

¿Y la gravedad?

Dentro del modelo estándar se ha explicado todo lo referente al origen de la materia, a las fuerzas mediadoras de tres de las cuatro fuerzas fundamentales y a la interacción de otros campos con el “campo de Higgs”, lo que les proporciona más, menos o ninguna masa a las partículas. Pero falta explicar el origen cuántico de la gravedad; no conocemos la partícula mediadora para esta fuerza. No hemos encontrado el bosón responsable de la acción gravitatoria. Extraoficialmente se le ha llamado “gravitón”, pero por ahora esa partícula se nos está escapando.

Por eso, la llamada “Teoría del todo” es desde hace algunas décadas, el campo mayormente estudiado en la física moderna. Tenemos algunas teorías que han tratado de explicarlo de maneras más o menos convincente, pero aún no se ha comprobado experimentalmente ninguna. Lo más cerca que hemos llegado es con una teoría casi perfecta, cuyas matemáticas tienen una consistencia excepcional, pero que aún tiene un detalle que le impide pasar a la historia como una de las más importantes: la “Teoría de Cuerdas”. Ya hablaremos de ella…