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La nueva tabla periódica de la física cuántica

Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/053/19
Ciudad de México, 11 de marzo de 2019

  • Es la tabla de las partículas elementales que explica cómo se forman los átomos.
La nueva tabla de las partículas elementales de la física cuántica.
La nueva tabla de las partículas elementales de la física cuántica.
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Los hallazgos de la revolución cuántica han dejado una nueva organización de cómo se constituye la materia y ésta se basa en tan sólo una docena de partículas.

La actual tabla de los elementos, según la física cuántica, consiste en seis leptones y seis quarks, los cuales se mantienen unidos, o no, gracias a otras cuatro partículas que son como su pegamento o liga y determinan su interacción. También existe otra partícula llamada Higgs, la cual interacciona con casi todas las demás para darles resistencia al movimiento. Esta resistencia a moverse se conoce como masa.

Pero para llegar a esta nueva tabla periódica, completa desde 2012, pasó mucho tiempo. A mediados del siglo XIX las personas pensaban que los “ladrillos” fundamentales de la materia eran los átomos. Átomo es una palabra griega formulada por Demócrito y Epicuro, quienes propusieron que la materia estaba constituida por ladrillos fundamentales, y para describirlos crearon dicha palabra que significa indivisible, explicó el especialista en altas energías Gerardo Herrera Corral, del Departamento de Física del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav).

Fue hace 150 años que Dmitri Mendeléyev propuso clasificar a esos átomos, que hasta ese momento eran los que únicamente se conocían en la naturaleza. Los clasificó en una tabla en la que anotó algunas de sus características. “Pero ahora tenemos una nueva tabla y es mucho más pequeña de la que se pensó. Es más sintética y resumida en 12 partículas elementales, así que podríamos hablar de la tabla de las partículas elementales”, expuso.

El físico recordó que en 1869 se presentó la tabla periódica de los elementos que consistía en clasificar a los átomos que se conocían hasta ese momento y, alrededor de 30 años después, la gente se preguntaba de qué estaban formados esos átomos o sí tenían alguna estructura. A finales del siglo XIX Joseph John Thomson descubrió el electrón y pocos años después Ernest Rutherford encontró que los átomos tenían un núcleo, de tal manera que quedó establecida la naturaleza de los átomos como algo que tiene un núcleo y electrones girando alrededor.

Poco tiempo después se descubrió que ese núcleo estaba hecho de protones y de neutrones y luego los estudiosos consideraron que los protones y los neutrones junto con los electrones eran los ladrillos fundamentales. “Por mucho tiempo se pensó que eran las partículas elementales, tanto que el protón tiene un nombre equivocado, significa la primera partícula como si fuera la partícula fundacional”, apuntó Herrera Corral, miembro de la Academia Mexicana de Ciencias.

Y así pasaron muchos años hasta llegar a las décadas de 1960 y 1970, cuando quedó bien establecido un modelo en el que se podía describir a esos protones como partículas compuestas, no como elementales, sino compuestas; es decir, si un protón es dividido lo que se halla dentro de él son otras partículas llamadas quarcks, y este nombre “tiene que ver con todas estas palabras equivocadas en la historia. El descubridor del quarck (Murray Gell-Mann) pensó en utilizar un vocablo sin etimología y sin significado. Hoy sabemos que las partículas elementales son doce, de las cuales seis son quarcks y seis son leptones. Esta docena de partículas son de materia, forman a los protones y a los átomos, que a su vez forman moléculas y constituyen todo lo que nos rodea”, describió el investigador del Cinvestav.

La nueva tabla
Gerardo Herrera, que encabeza el trabajo de los científicos mexicanos en el Gran Colisionador de Hadrones del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares, agregó que los seis quarks de la nueva tabla periódica tienen nombres imaginativos. Se los representa con la primera letra de la denominación en inglés: el quark “u” por “arriba”, “up” en inglés; el quark “d” por “abajo” (down); el quark encanto se lo representa con “c” (charm), mientras que el “s” se refiere a “extraño” (strange). Los dos más pesados son el quark “verdad” que se representa con una “t” (truth) y el quark “belleza” (beauty) al que se lo abrevia con “b”.

Entre los leptones, dijo el especialista en partículas elementales, se encuentra el electrón que resulta muy familiar porque se le conoce como electricidad. El “muon” y el “tau” son una especie de electrones más pesados; cada uno de ellos está acompañado por neutrinos que siempre aparecen en las reacciones en que se producen electrones, muones o taus, de manera que existen tres tipos de neutrinos conocidos como el neutrino del electrón, del muon y del tau.

Las partículas mediadoras de las interacciones son: el fotón, que se manifiesta como luz; el llamado zeta-cero, una especie de fotón muy pesado; los “y”, que son una variante también masiva del fotón que además tienen carga eléctrica positiva y negativa; el gluon, que siempre está relacionado con los quarks para unirlos en aglomerados que se conocen como hadrones; y finalmente la partícula llamada Higgs, la cual interacciona con casi todas las demás para darles una resistencia al movimiento. Esta resistencia a moverse es conocida como masa. Así, en siglo y medio la tabla periódica pasó de contar con 118 elementos, —más los que no se conocen aún—, a tan solo 12.

Esta nueva tabla está hecha a una escala menor, en términos de lo elemental, es la tabla de las partículas elementales, que no es química y que no explica los procesos químicos que ocurren a nivel de los átomos, pero sí explica cómo se forman los átomos.

La antigua tabla
La tabla periódica propuesta por Mendeléyev ahora es conocida como de los elementos químicos, precisó Herrera Corral, y lo que explica es que no se trata de los ladrillos fundamentales de la naturaleza, sino de un paso intermedio en el que estos elementos se combinan para formar compuestos y dar forma a todo lo que nos rodea, de tal manera que la tabla periódica de los elementos químicos sigue siendo útil e importante y se sigue trabajando en ella.

¿Un solo elemento?
Si se considera a la Teoría de Cuerdas se puede pensar que esta tabla podría reducirse a un solo un elemento. Esta teoría plantea que todas estas partículas en realidad son manifestaciones diferentes de una sola y que en realidad no hay diferencia entre las partículas de fuerza y las de materia, que esencialmente serían lo mismo manifestándose de diferente forma y a esa única partícula se le llama “súper cuerda”, pero aún no existe evidencia experimental de que algo así esté ocurriendo, pero hay muchas ideas que tienden a la simplificación de esta nueva tabla de los elementos, comentó el científico.

Elizabeth Ruiz Jaimes.

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