Beleg Arcofirme's List: Ciencia

• la experiencia ha sido considerada fundamental a la hora de demostrar la dualidad onda corpúsculo, una característica de la mecánica cuántica. El experimento puede realizarse con electrones, átomos o neutrones, produciendo patrones de interferencia similares a los obtenidos cuando se realiza con luz, mostrando, por tanto, el comportamiento dual onda-corpúsculo de la materia.
• La teoría cuántica resuelve estos problemas postulando ondas de probabilidad que determinan la probabilidad de encontrar una partícula en un punto determinado, estas ondas de probabilidad interfieren entre sí como cualquier otra onda.
• Un experimento más refinado consiste en disponer un detector en cada una de las dos rendijas para determinar por qué rendija pasa cada fotón antes de llegar a la pantalla. Sin embargo, cuando el experimento se dispone de esta manera las franjas desaparecen debido a la naturaleza indeterminista de la mecánica cuántica y al colapso de la función de onda.

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• concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa

• Un positrón, por supuesto, tiene carga eléctrica positiva, pues el electrón la tiene negativa
• para un positrón, el tiempo pasa al revés, y ve al resto del Universo hacer lo contrario de lo que ve un electrón
• Cuando un electrón y un positrón se encuentran en el espacio y están en el estado cuántico adecuado, se aniquilan el uno al otro y producen otras partículas. Lo más común es que produzcan dos fotones: como los fotones (a los que dedicaremos su propia entrega) no tienen carga, la carga neta se conserva (la suma de las cargas del electrón y el positrón es cero)
• lo contrario también pasa. Hay veces en las que dos fotones dan lugar a un electrón y un positrón….de modo que, ¿cómo sabemos que no estamos yendo nosotros (la materia “normal”, como los electrones y los protones) hacia atrás en el tiempo?
• La respuesta, por supuesto, es que no lo sabemos - y que la pregunta no tiene sentido. El sentido del tiempo que “vemos” es el que llamamos “hacia delante”, y punto. Nada cambiaría si todo fuera al revés en lo que concierne a las partículas y antipartículas.

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• un electrón es una partícula elemental. Esto quiere decir que no está compuesto de partículas más simples
• un electrón es un fermión. Esto quiere decir, dicho llanamente, que es una partícula “individualista”: sólo un electrón puede ocupar un estado cuántico determinado
• Los fermiones, básicamente, son las partículas que constituyen la materia
• Si los electrones no fueran fermiones, un átomo con (por ejemplo) 20 electrones los tendría a todos apelotonados cerca del núcleo y no existirían ni los niveles de energía, ni las valencias, ni las reacciones químicas ni nosotros. El hecho de que los electrones, en el átomo, se organicen en “capas” como una cebolla se debe a que son fermiones
• un electrón es un leptón. Esto significa que no se ve afectado por la fuerza nuclear fuerte
• un electrón tiene una carga eléctrica de valor -1
• un electrón tiene una masa de unos 10^-30 kg
• Casi todos los electrones del Universo (y se piensa que hay unos 10⁷⁹ de ellos) están en núcleos de hidrógeno (que tienen un protón y un electrón). Por supuesto, todos los átomos los tienen, y de hecho son la razón de que exista la tabla periódica.
• al ser fermiones, es como si el cuenco tuviera “escalones” y los electrones los ocuparan y no dejaran que ningún otro lo hiciera, de modo que según un átomo tiene más electrones tienen que ocupar escalones más y más “altos” y alejados del núcleo - esta estructura es la que da a cada elemento sus propiedades y su lugar en la tabla periódica, aunque por supuesto si es un átomo (neutro) tiene el mismo número de protones que de electrones.
• En resumen - un electrón es una partícula elemental, dentro de ellas un fermión, dentro de ellos un leptón, y dentro de éstos el que tiene carga -1 y masa unos 10^-30 kg. Su importancia fundamental, en mi opinión, es que son los responsables de los enlaces entre átomos y, por tanto, las reacciones químicas. Sin ellos, el Universo sería un lugar muy aburrido en el que todos los átomos se comportarían más o menos igual y nunca jamás se unirían para formar moléculas…

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• Una serie de estudios concluye que los chicos criados en ambientes exageradamente limpios no están expuestos a bacterias, virus y parásitos que –lejos de perjudicarlos- estimulan el desarrollo de un sistema inmunológico sano.
• "Lo que el chico está haciendo cuando se pone cosas en su boca es permitir que su sistema inmune genere una respuesta a su ambiente", explica al diario The New York Times Mary Ruebush, la microbióloga e instructora de Inmunología que escribió el libro "Por qué la Suciedad hace bien".
• al nacer el sistema inmunológico "se parece a una computadora que no fue programada y que necesita instrucciones". Y agrega que la exposición a ambientes con virus o bacterias le brinda una suerte de "entrenamiento" al sistema inmune. Por eso, rechaza la obsesión por la limpieza y la desinfección que eliminam muchas bacterias y virus "que le hacen bien a nuestro organismo".
• "Los niños criados en un ambiente ultra-limpio no están siendo expuestos a microorganismos que les ayudan a desarrollar un correcto circuito inmunizador", afirma Weinstock.
• Según los estudios que él mismo llevó a cabo en la Universidad de Iowa, el especialista concluyó que los parásitos intestinales (que fueron prácticamente eliminados de los países desarrollados) son "el actor más grande en la regulación del sistema inmunológico". De todos modos, y para no causar alarma, aclara que ni él ni sus investigaciones promueven la falta de higiene ni la "vuelta a un ambiente lleno de gérmenes de 1850"
• Tampoco Ruebush plantea que haya que vivir en medio de la mugre. Lo que señala es que no hay que perder la cordura por la limpieza: hay bacterias en todas partes y la mayoría de ellas no causan problemas. "El humano probablemente abriga aproximadamente 90 billones de microbios", detalla. Y agrega que "el hecho mismo de tener tantos microbios de tantas clases diferentes es el que nos mantiene sanos la mayor parte del tiempo".
  

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• Es natural preguntarse por qué los objetos (macroscópicos, newtonianos) y los acontecimientos "reales" no parecen exhibir propiedades mecánico cuánticas tales como la superposición. En 1935, Erwin Schrödinger ideó un experimento imaginario, ahora llamado el gato de Schrödinger, que destacó la disonancia entre la mecánica cuántica y la física newtoniana.
• De hecho, la superposición cuántica da lugar a muchos efectos directamente observables, tales como los picos de interferencia de una onda de electrón en el experimento de doble-rendija.

• El espacio del Universo, según las ecuaciones establecidas por Higgs, es algo así como un campo de hierba alta. Esta “hierba alta” existe en todos y cada uno de sus puntos, y es la “representación mental” del campo de Higgs. Todas las hojas de hierba están dirigidas en la misma dirección, sólo que esta “dirección” no es realmente una dirección en el espacio, sino una dirección conceptual. Digamos, para seguir con nuestra analogía, que la dirección en la que crece esta hierba es “hacia arriba”.
• De acuerdo con la mecánica cuántica, no existe distinción entre ondas y partículas: toda onda es partícula y toda partícula es onda. La cuestión es que cada una de las ondas asociadas a las partículas oscilan en una dirección determinada. Una vez más, esta “dirección” no es una dirección física en el espacio tridimensional que vemos, es una “dirección” en ese espacio conceptual que hemos definido antes. Distintos tipos de partículas tienen ondas que oscilan en diferentes direcciones en este espacio imaginario.
• Esas partículas se mueven a la máxima velocidad posible: la velocidad de la luz. De acuerdo con la teoría de Higgs, nosotros llamamos a esas partículas “partículas sin masa”. Dicho en términos algo más técnicos, esas partículas no interaccionan con el campo de Higgs, de modo que no lo notan. Es decir, el fotón (por ejemplo) oscila “hacia arriba”, la dirección de la hierba, de modo que se mueve a la velocidad de la luz y no tiene masa.
• Otras partículas tienen ondas que oscilan casi en la dirección de la hierba, pero cuando se mueven tienen que apartar algunas de las hojas de hierba (aunque no muchas) al estar ligeramente inclinadas. Al hacerlo, reducen su velocidad: les cuesta más moverse a través del “campo de hierba” que a las partículas anteriores, aunque no mucho más. Estas partículas son las que, en nuestro lenguaje, “tienen poca masa”. Observa cómo, en términos del campo de Higgs, estas partículas tienen masa como consecuencia de interaccionar con el campo de Higgs. Como consecuencia adicional, no pueden moverse a la velocidad de la luz: la hierba se lo impide.
• Finalmente, una partícula con mucha masa tiene una onda que oscila en una dirección casi perpendicular a la de las hojas de hierba: al moverse por el espacio, debe apartar casi todas las hojas de la hierba, de modo que (vista “desde fuera”) es una partícula con mucha masa. Lo crucial del asunto es que la “masa” de todas las partículas conocidas es el nombre que damos a la intensidad de su interacción con el campo de Higgs. El propio concepto de “masa” es una forma de referirnos a algo más profundo y fundamental: la interacción mayor o menor de cada partícula con el campo de Higgs.
• puesto que la mecánica cuántica asocia a cada campo (y las ondas que se propagan en él) una partícula, debería haber una partícula asociada al campo de Higgs. Dicho de otra manera: cuando una onda recorre el “campo de hierba” de Higgs haciendo oscilar las hojas de hierba, debe haber una partícula asociada a esa onda, de igual manera que cualquier onda tiene asociada una partícula. Esa partícula asociada al campo de Higgs, que representa la ondulación de las hojas de hierba de igual manera que el fotón representa la ondulación del campo electromagnético, es el bosón de Higgs
• el bosón de Higgs debe tener masa de acuerdo con las ecuaciones del modelo. Lo cual quiere decir que la partícula que proporciona la masa se la proporciona a sí misma: es decir, la dirección de oscilación de la onda asociada a un bosón de Higgs no es paralela a las “hojas de hierba”, contrariamente a lo que podría parecer lógico

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• el protón no es una partícula elemental.
• Al igual que el electrón, el protón es un fermión, es decir, no puede haber dos protones en el mismo estado cuántico
• Los fermiones son los que componen la materia que conocemos, de ahí que tanto el electrón como el protón sean fermiones
• el protón es un hadrón. Esto quiere decir que se ve afectado por la fuerza nuclear, que es la que mantiene unidos a los protones y los neutrones en el núcleo de los átomos. Si no fuera por ella, estas partículas nunca estarían juntas (los protones se repelerían por tener carga del mismo signo) y no existirían los átomos. Otros hadrones son los neutrones y los mesones.
• Dentro de los hadrones, el protón es un barión, es decir, está formado por tres quarks, como el neutrón…y aquí es donde llegamos a la verdadera naturaleza no elemental del protón.
• un protón se compone de tres quarks (como el neutrón), que le confieren sus propiedades. Los que componen el protón son dos quarks arriba y un quark abajo
• Si sumas la masa de los tres quarks obtienes, por supuesto, la masa observada del protón, y si sumas sus cargas eléctricas (2/3 de la carga del electrón para los quarks “arriba” y -1/3 para el quark “abajo”) obtienes 2/3 + 2/3 - 1/3 = 1, es decir, la carga eléctrica del protón (que es opuesta a la del electrón)
• si pudieras ver un protón “por dentro”, verías tres quarks unidos unos a otros por la fuerza nuclear fuerte
• un protón es una partícula compuesta por tres quarks, es un fermión, un hadrón y dentro de éstos un barión. El protón “siente” todas las fuerzas fundamentales: la gravitatoria, la electromagnética, la nuclear fuerte y la débil. Y, por supuesto, la existencia de los protones es la que hace que existan átomos y nosotros estemos aquí.
• La antipartícula del protón es el antiprotón…no hay nombres exóticos en este caso. Y, por si te lo estás preguntando, sí: si coges un antiprotón y lo filmas en una película, le cambias la carga, pones el Universo del revés y luego la película hacia atrás, es indistinguible de un protón. La física fundamental es escalofriante y fascinante al mismo tiempo, al menos para mí. Los antiprotones fueron observados por primera vez en 1955 por Emilio Segrè y Owen Chamberlain (quienes, por cierto, recibieron el Premio Nobel en 1959 por ello).

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• Hacia 1960, varios científicos se estaban ya planteando que ciertas partículas consideradas, hasta entonces, elementales, estaban compuestas de otras más sencillas: Murray Gell-Mann, Kazuhiko Nishijima y Richard Feynman, independientemente, habían descubierto simetrías y observado propiedades de la radiación emitida en la desintegración de hadrones que les sugerían la existencia de una subestructura de éstos
• Es interesante notar que, por lo que sabemos, no pueden existir quarks libres. Al menos, no durante mucho tiempo (”mucho tiempo” en física de partículas = muchísimo menos de un segundo). Es decir, siempre están asociados formando otras partículas, como los protones o los mesones, y “pegados” unos a otros mediante otras partículas, de las que hablaremos en otra entrada de la serie, llamadas gluones.
• ¿Cómo sabemos entonces que existen, si nunca hemos visto uno?. La verdad, seguro, seguro, no lo sabemos. Sin embargo, el modelo de quarks (que describiremos en un momento) no sólo explica muy bien el comportamiento y propiedades de las partículas que se conocían en el momento de proponerlo Gell-Mann y Nijishima - las predicciones del modelo, por ejemplo, de partículas desconocidas en el momento formadas por determinadas combinaciones de quarks, se han ido cumpliendo. De manera que, a pesar de ser partículas inferidas, no observadas directamente, explican lo que conocemos y predicen cosas que no conocíamos, de modo que el modelo está generalmente aceptado.
• Además, aunque no hemos visto ninguno directamente, hemos detectado sus “restos”; me explico. Uno de los quarks que describiremos en un momento, el quark “top”, tiene una vida media antes de desintegrarse en otras partículas de unos 10^-25 segundos. No sé si te haces una idea de lo minúsculo que es este tiempo: la luz no llegaría a cruzar el núcleo de un átomo en ese tiempo. Pero los científicos han conseguido, haciendo colisionar partículas a grandes energías, producir quarks “top” y luego detectar las partículas en las que éstos se desintegran, de modo que es bastante seguro que el quark estuvo allí.
• Los quarks son parte del Modelo Estándar de partículas elementales, aunque hay extensiones del modelo que piensan que…¡están compuestos de partículas más pequeñas! Pero, por ahora, centrémonos en la teoría más ampliamente aceptada, que dice que son partículas fundamentales.
• Existen seis quarks diferentes, a los que se han dado nombres arbitrarios: up, down, strange, charm, top y bottom, y por supuesto, sus seis antipartículas (una por cada quark, antiup, antidown…). Tres de ellos (up, charm y top) tienen carga +2/3, y los otros tres (down, strange y bottom) tienen carga -1/3. De este modo, si se tienen, por ejemplo, dos quarks up y uno down, la carga de la partícula resultante será 1, y si se tienen un up, un strange y un bottom, la carga resultante será nula, etc.
• Sin embargo, todos los quarks tienen espín 1/2, es decir (si recuerdas la entrada del electrón), son fermiones. Dicho de otra manera, son partículas “individualistas” que no pueden estar en un mismo estado cuántico. Sin embargo, hay partículas compuestas, como el protón, que tienen dos quarks up con la misma carga y el mismo espín…todo es igual, lo cual es imposible.
• Los físicos dedujeron de esto que existe otro número cuántico más, es decir, otra propiedad de las partículas, que puede tener tres valores. Llamaron a esta nueva propiedad color, y a los tres posibles valores rojo, verde y azul (porque sí…recuerda la arbitrariedad de la carga, esto es lo mismo). De ese modo, un protón puede tener dos quarks up, pero de diferentes “colores”. Por cierto, esto de los colores (que, desde luego, no tiene nada que ver con los colores de verdad) es lo que da parte de su nombre a la cromodinámica cuántica. El “color” es además el que hace que los gluones tengan a los quarks, dentro de un protón o un neutrón, unidos unos a otros.
• Si recuerdas el artículo del electrón, esa partícula era un leptón - no está compuesta por quarks y, por lo tanto, no tiene color. De modo que los electrones no son afectados por los gluones y no sienten la fuerza nuclear que une a protones y neutrones en el núcleo.
• los quarks son fermiones que siempre se encuentran asociados, no pueden estar solos. Como ya dijimos al hablar del protón, todas las partículas formadas por quarks se denominan hadrones. Existen dos maneras conocidas de combinar quarks, es decir, dos tipos de hadrones: o se tienen dos juntos, o se tienen tres juntos.
• Como el espín de los quarks es siempre 1/2 (dirigido hacia “arriba” o hacia “abajo”, o +1/2 y -1/2), entonces puedes entender que cualquier partícula con tres quarks va a ser un fermión, porque sumando y restando 1/2 tres veces puedes tener -3/2, -1/2, 1/2 o 3/2, pero nunca un número entero. Estas partículas formadas por tres quarks, que siempre van a ser fermiones, se denominan bariones. ¿Recuerdas al protón y sus tres quarks?
• Por otro lado, cualquier partícula formada por dos quarks va a tener un espín de -1, 0 o 1 (pues sumando o restando 1/2 dos veces, nunca puedes tener una fracción), es decir, va a ser un bosón. Estas partículas formadas por dos quarks, siempre bosones, se denominan mesones. Puesto que los quarks “sienten” todas las fuerzas fundamentales, los hadrones también las sienten, aunque algunos de ellos (como el neutrón) pueden tener una combinación de quarks tal que no se vean afectados, de manera neta, por alguna de ellas.
• De modo que los hadrones (es decir, las partículas compuestas por quarks) pueden ser bariones (formadas por tres quarks y por lo tanto fermiones, como los protones y los neutrones) o mesones (formados por dos quarks y por lo tanto bosones). Y podemos “ver” todas estas partículas, pero no los quarks de los que están compuestas, al menos por ahora.

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• El neutrón es, “por dentro”, muy parecido a un protón. Si recuerdas la entrada sobre el protón, esta partícula estaba formada por dos quarks up y uno down. Al estar formada por quarks, era un hadrón, y por tener tres quarks era un barión y, por lo tanto, un fermión. Bien, un neutrón es prácticamente igual: también está formado por tres quarks, pero en vez de up/up/down tiene up/down/down.
• el neutrón tiene up/down/down su carga es +2/3 -1/3 -1/3 = 0. No tiene carga - no porque no haya nada con carga en él, sino porque las cargas que hay en su interior se anulan.
• Fue James Chadwick (físico inglés), en 1932, quien identificó las partículas desconocidas pero ya observadas por otros como Walther Bothe, Irène Joliot-Curie y Frédéric Joliot. De acuerdo con Chadwick, eran algo así como protones de carga neutra (lo cual, por otro lado, no es una mala descripción), de modo que se denominaron neutrones.
• Los neutrones sufren las cuatro fuerzas fundamentales del Universo, como los protones: a pesar de no tener carga neta, tienen un momento magnético lo mismo que el protón, de modo que sufren la fuerza electromagnética, la nuclear fuerte, la débil y la gravitatoria. Sin embargo, la fuerza más importante para los neutrones es la fuerza nuclear fuerte, la que mantiene a los quarks unidos en su interior y une a los neutrones con otros neutrones y con los protones en el núcleo de los átomos: puesto que los protones y neutrones son los que forman los núcleos, a las dos partículas “hermanas” se las denomina nucleones.
• El neutrón, al no tener carga, no convierte a un elemento en otro: añadir un neutrón al hidrógeno no lo convierte en otra cosa, sigue siendo hidrógeno, aunque tenga propiedades un poco diferentes (por ejemplo, es más pesado). Los átomos de un elemento con diferente número de neutrones se denominan isótopos. Algunos isótopos no son estables, como el Carbono-14, de modo que se usan para medir fechas.
• Pero existe otra diferencia entre el protón y el neutrón: dependiendo de qué combinación de quarks forma un hadrón, éste puede ser más o menos estable
• Sin embargo, debido a la combinación de quarks que forman el neutrón, un neutrón libre (no asociado al núcleo de un átomo) tiene una vida mucho más corta: unos 15 minutos. Ésa es la razón de que puedas encontrar muchos protones libres en el Universo (núcleos de hidrógeno sin el electrón), pero es muy difícil ver neutrones libres más de unos minutos. Cuando un neutrón se desintegra, lo hace en un protón, un electrón y un antineutrino (del que hablaremos en alguna otra entrada).
• Al ser neutros, la única manera de que pierdan su energía es que choquen de cabeza con el núcleo de otro átomo. Por lo tanto, la protección contra neutrones requiere un espesor relativamente grande: y además, la masa atómica del núcleo de los átomos no influye mucho en su capacidad para pararlos, pues los núcleos son tan minúsculos comparados con el espacio entre ellos que un aumento de tamaño (por ejemplo, plomo en vez de hidrógeno) apenas influye. La mayor parte de los escudos contra neutrones son paredes espesas de cemento o parafina.

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• todas las que hemos descrito eran fermiones, es decir, partículas con espín semientero, lo cual significa que no puede haber dos en el mismo estado cuántico. Los fermiones son los constituyentes de la materia, de modo que todo lo que hemos estudiado hasta ahora son partículas “materiales”
• el quark (en sus varios “sabores”). Los quarks sí experimentan la fuerza nuclear fuerte y, por lo tanto, las partículas hechas de quarks sí pueden estar en los núcleos atómicos. Recuerda que los quarks no pueden estar solos más que unos instantes: se encuentran asociados formando partículas compuestas llamadas hadrones. Pueden estar en grupos de dos (bosones llamados mesones) y de tres (fermiones llamados bariones)
• hemos hablado de dos de estos bariones (grupos de tres quarks): el protón, que tiene carga positiva, y el neutrón, que tiene carga neutra. Estas dos partículas forman el núcleo de los átomos y por lo tanto se denominan nucleones.
• El fotón, dentro del Modelo Estándar de partículas, es un bosón - es decir, tiene espín entero (en el caso del fotón, 1), lo cual quiere decir que no es un constituyente de la materia, sino un intermediario de las interacciones entre partículas.
• los fotones, al ser bosones, pueden estar en el mismo estado cuántico, lo cual significa que puede haber muchos fotones “haciendo exactamente lo mismo”. De ahí que se pueda tener un láser de fotones, pero no un láser de, por ejemplo, electrones
• no tiene carga eléctrica, de modo que no siente la fuerza electromagnética
• No tiene masa, por lo que durante cierto tiempo se pensó que no sentía la fuerza gravitatoria (la Teoría de la Relatividad General de Einstein cambió eso, y hoy sabemos que sí la siente, de ahí la existencia de los agujeros negros)
• Si no tiene ni carga ni masa, realmente, ¿qué hay en un fotón? Dicho rápido y mal: energía y momento de determinadas características. Un fotón lleva energía, que puede transmitir a un átomo, por ejemplo, al chocar con él. Cuando la luz del Sol calienta tu cuerpo, lo que ocurre es que los fotones que llegan hasta ti hacen vibrar tus átomos más rápido, calentándolos
• un fotón tiene momento lineal, es decir, es capaz de empujar cosas
• además de energía y momento, un fotón representa cierto orden - dos fotones de frecuencias (”colores”) diferentes no tienen la misma energía ni el mismo momento, de modo que puedes tener una cantidad de energía (o momento) determinada con pocos fotones de gran frecuencia, o con muchos fotones de poca frecuencia
• ser los componentes de la radiación electromagnética (la luz visible, las ondas de radio, las microondas, los rayos X, los rayos gamma, etc.)
• son los responsables de la interacción electromagnética: de acuerdo con la teoría cuántica, siempre que dos partículas interaccionan debido a la fuerza eléctrica o la magnética, intercambian fotones. Por lo tanto, sabemos que si tenemos dos cargas en el espacio y se repelen, no lo hacen instantáneamente. Los fotones responsables de la repulsión tienen que viajar de una carga a la otra a la velocidad de la luz
• Los fotones viajan siempre, en el vacío, a la velocidad de la luz
• si tú fueras un fotón (échale imaginación), el Universo sería muy, muy raro…En primer lugar, el tiempo no pasa para ellos, literalmente. El tiempo subjetivo que experimentarías desde ser emitido por un átomo hasta ser absorbido por otro, aunque estuviera a cien millones de años-luz del primero, sería 0. La distancia que recorrerías entre los dos átomos medida por ti mismo, debido a la contracción de la longitud, sería exactamente…0. Para ti, el Universo sería algo que no podrías experimentar, y para los demás, si te viéramos “desde fuera”, estarías “congelado” durante toda tu existencia: un fotón no puede experimentar ningún cambio desde que se emite hasta que desaparece de nuevo
• a pesar de no tener masa, sí modifican la masa de un sistema que los emite o los absorbe: una vez más, de acuerdo con Einstein, la equivalencia entre masa y energía hace que, si emites un fotón, pierdas algo de masa (la energía del fotón emitido proviene de esa pérdida de masa), y al revés. Por supuesto, la pérdida o ganancia de masa es minúscula
• De manera que el fotón, que es el bosón más famoso, es el constituyente de la radiación electromagnética y es el intermediario de la interacción eléctromagnética. Algunos tienen vidas muy largas (medidas “desde fuera”, claro), por ejemplo, los emitidos por una estrella que viajan durante miles de millones de años por el espacio. Otros, como los que está emitiendo tu cuerpo ahora mismo por el hecho de tener temperatura (fotones infrarrojos) tienen vidas muy cortas: si la pared de la habitación en la que estás está a un par de metros de ti, sólo tardan unos 0,00000001 segundos en desaparecer de nuevo

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• durante el tiempo que lees cada palabra de esta frase te atraviesan unos 200.000.000.000.000 neutrinos
• El neutrino es un leptón, como el electrón: recuerda que un leptón es un fermión que no siente la fuerza nuclear fuerte, la responsable de unir a los protones y neutrones en los átomos. Pero, a diferencia del electrón, el neutrino ni siquiera siente la fuerza electromagnética, porque no tiene carga. Las únicas interacciones de las que es capaz son la gravitatoria (que es muy débil) y la nuclear débil (que es la responsable, por ejemplo, de la desintegración beta que produce los neutrinos).

• Por lo tanto, un neutrino suele atravesar cantidades gigantescas de materia sin interaccionar con ella: tiene que, por ejemplo, golpear un protón “de cabeza” para producir un neutrón y un positrón. Pero claro, las probabilidades de que eso ocurra son minúsculas, de modo que los neutrinos son muy difíciles de detener y detectar. Por otro lado, la buena noticia es que, aunque no se pueden parar, esa propiedad hace también que no sean peligrosos en absoluto, ya que pasan a través de nosotros sin interaccionar con la materia que nos forma. Como hemos dicho antes (luego explicaremos por qué), billones de neutrinos te atraviesan todo el tiempo y tú, tan fresco.

    
• no hay un neutrino, sino tres: uno asociado al electrón y otros dos asociados a otros dos leptones (el muón y el tauón, de los que hablaremos más adelante en la serie)
• Cada neutrino puede tomar parte en las reacciones nucleares en las que aparece su leptón particular. Por lo tanto, no basta con decir “neutrino”, sino que hay que especificar: existe un neutrino electrónico, un neutrino muónico y un neutrino tauónico. Por ejemplo, en la desintegración beta se produce un electrón, de modo que el neutrino que ahí toma parte tiene que ser un neutrino electrónico.
• Además, el neutrino tiene una antipartícula, el antineutrino. De hecho, hoy sabemos que la partícula que propuso Pauli para explicar la desintegración de un neutrón en un protón y un electrón no es un neutrino: es un antineutrino electrónico.
• Los neutrinos se producen de muchas formas: por ejemplo, cuando cuatro protones se unen para formar un núcleo de helio en la fusión nuclear, dos de ellos se convierten en neutrones, de modo que emiten neutrinos electrónicos (además de otras cosas). Esos neutrinos son los que produce el Sol, y son muy interesantes: otras partículas y la radiación emitidas dentro del Sol tardan muchos años en salir de él, por su enorme densidad. Pero los neutrinos ni se enteran: salen disparados del Sol como si no hubiera nada en su camino (bueno, casi). De modo que hay muchos, muchos neutrinos atravesando la Tierra todo el tiempo, procedentes del Sol.
• Supongamos que queremos construir una barrera que detenga la mitad de los neutrinos solares que llegan a una habitación, por ejemplo, con una pared de plomo. ¿Cómo de gruesa tendría que ser la pared? Pues…tendría que tener un año-luz de grosor
• hemos dicho que tienen muy poca masa o no tienen nada: al principio se pensaba que no tenían absolutamente nada de masa. Sin embargo, hoy sabemos que sí la tienen, pero es muy pequeña - menos de la diezmilésima parte de la del electrón

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• El muón es una partícula elemental, es decir, no está formada (que sepamos) por nada más simple, igual que, por ejemplo, el electrón. Tiene espín semientero, es decir, es un fermión, lo mismo que el electrón. No siente la fuerza nuclear fuerte, de modo que no puede formar parte del núcleo de los átomos. Si eres un fiel lector de esta serie, sabes cómo se llama un fermión que no siente la fuerza nuclear fuerte: es un leptón, como el electrón. De hecho, tiene incluso la misma carga que el electrón (su antipartícula, el antimuón, tiene carga positiva, como el positrón).
• el muón es unas doscientas veces más pesado que el electrón
• diferencia del electrón, el muón no es estable. ¿Recuerdas el neutrón libre y su vida media de quince minutos? Los muones son muchísimo más fugaces: su vida media es de tan sólo 2 microsegundos. Por eso no vemos muones por todas partes, y por eso en los átomos hay electrones y no muones: el muón es algo así como un súper-electrón inestable. Por cierto, cuando se desintegran suelen hacerlo en un electrón, un antineutrino electrónico y un neutrino muónico
• ¿De dónde salen los muones? Pues no de muchos sitios: para crear un muón hace falta una gigantesca cantidad de energía. De hecho, no existe ninguna reacción nuclear en la Tierra que produzca muones. Los únicos que hay cerca de ti (y sí que los hay, aunque no demasiados) son los que se producen cuando los rayos cósmicos alcanzan la atmósfera. Los rayos cósmicos están compuestos en gran parte por protones de mucha, muchísima energía. Tanta que, cuando chocan con los núcleos de los átomos de la atmósfera, producen lluvias de partículas exóticas, como los piones propuestos por Yukawa. Estos piones duran muy poco tiempo y, tras recorrer tan sólo unos metros, se descomponen en muones y neutrinos.
• Podrías pensar que esos muones, producidos en las capas más altas de la atmósfera (a muchos kilómetros del suelo) y con una vida media de sólo 0,000002 segundos, nunca jamás podrían llegar al suelo - y te equivocarías, porque no estarías teniendo en cuenta los efectos relativistas. Si eres asiduo lector de El Tamiz (y si estás leyendo este artículo probablemente lo eres) conoces la serie de Relatividad sin fórmulas: los muones producidos por los rayos cósmicos van tan deprisa que los vemos “en cámara lenta” y son capaces de llegar mucho más lejos de lo que cabría esperar sin la relatividad: deberían desintegrarse tras recorrer sólo unos 600 metros pero, sin embargo, recorren decenas de kilómetros hasta llegar al suelo antes de desaparecer. De hecho, cosas como ésta son una prueba de que la Teoría de la Relatividad Especial no es una “ilusión óptica”: los muones, cuando van muy rápido, viven más de lo que deberían.
• puedes hacerte la siguiente pregunta: Si los muones son súper-electrones, ¿podrían formar átomos como los electrones, aunque fueran átomos de muy corta vida? Pues sí. De hecho, estos átomos existen (durante mucho menos de un segundo, pero bueno). Por ejemplo, un protón con un muón (en vez de un electrón), es una especie de hidrógeno con más masa…algo así como un isótopo del hidrógeno de muy corta vida, que los físicos llaman muonio, y tiene incluso símbolo, Mu. Estos átomos exóticos duran lo mismo que los muones, claro, de modo que no vas a ver muonio por ahí, pero se utiliza en algunas técnicas espectroscópicas.

• De manera que el muón es una partícula fugaz, muy parecida al electrón pero más pesada, y fue la primera de las partículas inestables en ser descubierta. Puede que no esté por todas partes como los electrones o los neutrinos, pero es muy importante, sobre todo por el sopapo que supuso para los físicos cuando les abrió los ojos ante la cantidad de partículas que no habían pensado que podrían existir.

    

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