La ciencia consiste básicamente en la búsqueda de ecuaciones
matemáticas que permitan describir el comportamiento de la
Naturaleza. Es a esto a lo que llamamos Leyes Naturales.
Podemos conocer de
antemano cuanto se va a estirar un muelle al colgarle cierto peso si
usamos la ecuación P = K x , donde P es el peso, x lo que se estira
el muelle y K un cierto número propio de cada muelle (una
constante). Es la llamada ley de Hooke.
No sabemos por qué,
pero a la naturaleza le complace comportarse siguiendo rígidas
ecuaciones matemáticas, ecuaciones que hemos ido encontrando poco a
poco. De todas ellas las mas importantes son las descritas por la
Física, ya que todas las demás disciplinas científicas están
basadas en ellas: la Química no es mas que la descripción de cómo
se reordenan los átomos o cómo se relacionan estos entre sí ….
lo cual depende de la fuerza electromagnética que la Física
describe. La Bilogía está dominada básicamente por las reacciones
químicas en los organismos.... que son consecuencia de fuerzas
electromagnéticas. Y lo mismo podríamos decir de las otras
disciplinas científicas.
El desarrollo
tremendo de la ciencia en el último siglo ha permitido situarnos en
una posición en la que, por primera vez, el hombre aspira a
encontrar un número pequeño de ecuaciones capaces de describir
toda la realidad. A esto lo llamamos Teoría del Todo. A partir de
ese pequeño número de ecuaciones podríamos ser capaces de deducir
todas las demás leyes de la Física, Química, Biología, Geología..
etc.
La Teoría del Todo
debe reunificar en una sola las tres teorías que engloban una
explicación de todo lo que ocurre a nuestro alrededor: una
descripción satisfactoria de la Gravedad, de las distintas
partículas que componen los átomos ( y las fuerzas entre ellas) y
del desarrollo del Universo a gran escala (Cosmología).
Las fuerzas que
gobiernan lo que ocurre dentro de los átomos son tres: la fuerza
electromagnética, asociada a la carga eléctrica, que une los
electrones al núcleo atómico; la fuerza nuclear fuerte que mantiene
a protones y neutrones pegados en los núcleos y la fuerza nuclear
débil, responsable de ciertos fenómenos radiactivos.
El empleo de energías cada vez mayores en los experimentos, llevó a descubrir que dentro de los átomos había mas partículas de lo esperado, como los muones. Necesitábamos un concepto de átomo mas allá del simplista modelo nuclear.
El empleo de energías cada vez mayores en los experimentos, llevó a descubrir que dentro de los átomos había mas partículas de lo esperado, como los muones. Necesitábamos un concepto de átomo mas allá del simplista modelo nuclear.
La teoría que describe las fuerzas y el comportamiento de las partículas mas pequeñas
que componen los átomos (partículas elementales) es la Mecánica
Cuántica. Su desarrollo permitió unificar las tres fuerzas en una
sola descripción teórica que también explica el número y tipo de
partículas elementales que deben existir. Este conjunto de
ecuaciones es lo que los físicos denominan el modelo estándar.
Partiendo de lo ya
conocido (las tres fuerzas descritas y la existencia de protones,
electrones, neutrones, fotones,etc) en las ecuaciones el modelo
estándar aparecen términos que se corresponden con partículas que
deben existir en la realidad y de cuya existencia no se sospechaba.
Es el ejemplo de los “quarks”, que forman los protones y
neutrones. Así el neutrón está formado por un quark “up” y dos
quarks “down”.
El tamaño de los
quarks es extremadamente pequeño: Si el átomo tiene un radio de 1 Å
(10-10m), el núcleo tiene un radio de 10-14
m y el quark unas diez mil veces mas pequeño. Para descubrirlos
necesitamos enormes cantidades de energía, como la que se consigue
al acelerar partículas y hacerlas chocar contra núcleos de otros
átomos.
La existencia real de
los quarks ha sido demostrada a posteriori en los grandes
aceleradores. Esto es una señal muy buena en ciencia: una teoría
que predice algo no conocido y que después se demuestra correcto, es
una buena teoría científica.
En los últimos
cincuenta años la base de la física teórica ha sido el desarrollo
y ampliación del modelo estándar . En el camino han aparecido mas
partículas elementales desconocidas: el pión, el
neutrino…..Paralelamente la física
experimental intentaba encontrar las pruebas que demostraban la
corrección del modelo estándar.
Hoy el modelo estándar
está sólidamente establecido como correcto. Según dicho modelo
existen 12 partículas de materia o fermiones (seis quarks, el
electrón, el muón, el tau y sus neutrinos correspondientes)que se asocian para formar partículas mayores (como los piones oneutrones) , 12
partículas responsables de las fuerzas descritas o bosones ( entre
ellas el fotón o partícula de la luz) y el bosón de Higgs,
responsable de la existencia de la masa en los fermiones.
La confirmación
definitiva del modelo estándar ha llegado en 2012, al hallarse el
bosón de Higgs (muy difícil de detectar por su gran masa) en el
Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un túnel de 27 kilómetros de
longitud en el que se aceleran partículas y se hacen chocar
violentamente con los núcleos atómicos, generando condiciones de
energía similares a lo que ocurrió pocos instantes después del big
bang.
¿Habrá partículas
aun mas pequeñas?. Dado lo pequeñas de las longitudes asociada a
los quarks, parece difícil que pueda haber algo mas pequeño, sobre
todo porque empezamos a acercarnos a una longitud a la que la
densidad de energía asociada es parecida a la que hubo en el big
bang: es la llamada escala de Planck, 10-34 m.
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