Disección de la materia

Por: Saúl Ramos-Sánchez*

Una forma de entender nuestro universo se basa en conocer cómo funcionan cada una de las partes que lo conforman: las galaxias, las estrellas, los habitantes de los planetas, las moléculas, los átomos. Esta forma de reduccionismo científico dio luz durante el último siglo a inventos que han mejorado la calidad de nuestras vidas. Sin embargo, todo parece indicar que la naturaleza nos tiene guardados más secretos en el mundo de lo minúsculo.

Imaginemos que le preguntamos a un niñito de qué está hecho un árbol de manzanas. Una respuesta inmediata sería: "de manzanas". Opciones menos rápidas serían: "de madera" o "de hojas". Es improbable que un niño diga sin dudar: "de átomos". La razón es que toda respuesta se basa en nuestras experiencias sensoriales, y los átomos no son objetos que podamos percibir con nuestros sentidos.

La palabra átomo significa "indivisible" y fue concebida hace más de 2mil años por Aristóteles. Pensemos que arrancamos una manzana de un árbol, entonces cortamos la manzana en trozos pequeños, despedazamos los trozos pequeños, y seguimos cortando cada vez más. Según Aristóteles, el resultado de esta disección sería una masa de átomos que no podrían ser cortados más.

Hoy sabemos que el átomo no es indivisible y que esto es la razón de la existencia de las estrellas. La física del siglo XX descubrió la energía nuclear que le da vida al Sol y que está presente, por ejemplo, en los tratamientos contra el cáncer y en el diagnóstico de enfermedades cerebrales. El átomo tiene un núcleo formado por pequeñas partículas denominadas nucleones, y que tampoco son indivisibles. Los nucleones están constituidos, a su vez, por las partículas más pequeñas del universo, los quarks.

Los quarks y los electrones se incluyen en el conjunto de partículas elementales. Sus propiedades a escalas invisibles son responsables de muchos de los fenómenos observables. Por ejemplo, el hecho de que los quarks se puedan "transformar" en electrones es lo que causa la radiación nuclear; como los electrones tienen carga eléctrica, su movimiento a través de ciertos metales origina la conductividad eléctrica.

Otras características de las partículas elementales son responsables de la existencia de muchas cosas que nos son familiares: las radiografías, el horno de microondas, el láser, las lámparas de halógeno, las microcomputadoras y hasta los teléfonos celulares.

Muchas de las partículas elementales fueron descubiertas experimentalmente a principios del siglo pasado. No obstante, su descripción en un modelo preciso y predictivo costó poco más de medio siglo. El modelo estándar de las partículas elementales describe a las partículas como diminutas onditas interactuando en un enorme campo. Un campo puede ser imaginado como un enorme estanque de agua. Si arrojamos piedras en distintos puntos del estanque, se generarán onditas que viajarán en todas direcciones. Si dos ondas se encuentran en su camino, éstas se podrían combinar y construir una nueva onda, o bien, anular mutuamente. Algo así se comportan las partículas.

En el gran estanque del universo hay incontables onditas, visibles como los rayos de luz, e invisibles como las partículas radiactivas.

El éxito del modelo estándar se debe a la precisión de sus predicciones. Sin embargo, hay algunas preguntas fundamentales que no han encontrado respuesta. Un problema aún sin solución definitiva es el peso de las partículas. El modelo estándar asume que el peso observado de los quarks y electrones es originado por otra partícula que, por decirlo así, les da peso. Esta partícula es apodada "Higgs", en honor a su inventor. Lamentablemente, la partícula Higgs no ha podido ser detectada hasta ahora. Algunos científicos buscan incluso mecanismos alternativos para la generación del peso de las

partículas elementales, que implicarían muchas otras partículas nuevas.

Todo indica que más allá del modelo estándar hay partículas que, por una razón o por otra, se resisten a ser detectadas. Más interesante aún, el movimiento de las galaxias nos dice que las nuevas partículas representan un tipo de materia completamente desconocido, designado con el misterioso nombre de "materia y energía oscura". El descubrimiento de nuevas partículas nos permitiría también conocer más detalles de la historia del universo, comprender los secretos de los agujeros negros, descifrar las señales que, a su modo, nos envían estrellas muy lejanas.

Científicos trabajan conjuntamente en estrategias para resolver el enigma de las partículas desconocidas. Todos los avances tecnológicos se han concentrado en una máquina que sería capaz de descubrir tales partículas a corto plazo, el LHC en el laboratorio de física de partículas más grande del mundo, el CERN. La colisión de partículas viajando a enormes velocidades que ocurrirá en el LHC, así como la de gigantescas olas en un estanque, podría tener efectos insospechados. Dichas colisiones generarán, sin lugar a dudas, nuevas partículas que podrían ser útiles en el futuro, partículas de una constitución quizá muy diferente a la de los objetos que nos rodean.

Una cosa es cierta, el resultado de estas investigaciones no será el final de una historia que comenzó con los átomos de Aristóteles.