Estructura de la materia
1.- Introducción
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 espaciovacío;
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.
2.- 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 ciertaestructura 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.
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