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Física, Relatos, The goddamn particle

The goddamn particle (II)


Porque sí

J.J. GÓMEZ CADENASEl Titi estaba orgulloso de sus muebles. Cada día se daba una vuelta por el taller, charlaba un rato con los trabajadores, echaba una mano si era necesario, daba algún consejo, ofrecía tabaco a todos menos al mocoso —servidor— que se afanaba tirando de las cinchas de caucho que formaban la base de los sofás, mientras mi primo José Pedro las grapaba al conglomerado —madera de pino, serrín y viruta— que constituía la materia prima con que trabajábamos.

Nada de cedro, roble, u otras maderas nobles. Los muebles del Titi eran de pino, pobres pero sólidos. Y pesados, de eso dábamos fe cada sábado, cuando tocaba repartir.

Me imagino tratando de explicarle al Titi que la materia prima de la realidad (las partículas elementales) adquieren masa cuando rozan con una especie de éter que llena el vacío y que ese éter constituye el campo de Higgs. Y que si esas partículas no tuvieran masa (si no existiera el mecanismo de Higgs), tampoco la tendrían sus muebles.

—Tanto estudiar para esto —casi puedo verlo sacudiendo el cogote, pesimista, convencido de que el bachillerato, por no decir una carrera de físicas, es tan malo para la salud como una sobredosis de drogas.

—Pero es verdad, tío. Piénsalo un poco. ¿Por qué pesan las cosas?

Las cosas pesan porque tienen masa que a su vez es atraída por una masa mucho mayor, la de la Tierra. ¿Y de dónde sale la masa de un objeto macroscópico, como un sofá de pino? De sumar la de todas sus moléculas, que a su vez se obtiene sumando la masa de todos sus átomos, que a su vez constan de protones, neutrones y electrones. Pero los protones y los neutrones no son partículas elementales sino que están compuestos de quarks. Así que los muebles que nos deslomaban escaleras arriba —¡qué pocos ascensores había en la España de los 70!— no eran, al final, otra cosa que una colección de electrones y quarks.

Empecemos con los electrones, cuya personalidad es menos complicada que la de los quarks. Un electrón es una mota de materia a la que podemos caracterizar con 3 propiedades. Una es su masa, bastante pequeña, aunque mucho más grande que la masa de mi animal preferido, el neutrino. Otra es su carga eléctrica. Y la tercera es su espín.

Antes de hablar de cómo el electrón adquiere su masa, podemos preguntarnos por qué tiene carga eléctrica. La respuesta más honesta es: porque sí. Una manera elegante de decir lo mismo es afirmar que la carga eléctrica es una propiedad intrínseca del electrón.

¿Cómo se manifiesta esa carga? En términos de amor y odio. Un electrón aborrece la proximidad de otro electrón y cuanto más cerca está de su gemelo, más ganas tiene de salir corriendo. Por el contrario, un electrón se siente atraído por su doppleganger, esto es un electrón de carga positiva —o positrón, esto es el doble, reflejo o sombra del electrón en la versión alternativa de la realidad conocida como antimateria—. Todos esos complejos sentimientos se pueden resumir de manera bastante árida diciendo que existe una fuerza (la fuerza eléctrica o de Coulomb) que atrae cargas de signo contrario y repele cargas del mismo signo. La atracción o repulsión es directamente proporcional a las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

¿De dónde sale esa fuerza? Una manera de explicarla es imaginar que la carga eléctrica del electrón genera un campo, esto es una perturbación del espacio que la rodea. Ese campo, al que llamamos campo eléctrico, es muy intenso cerca de la carga y decrece a medida que nos alejamos de esta. La intensidad del campo es proporcional a la inversa de la distancia que nos separa de la carga, así que, incluso a distancias muy grandes no es exactamente cero. En otras palabras, un electrón (llamémosle q) altera todo el espacio que le rodea —incluso si este espacio está vacío, sin medio material que soporte esa alteración— debido a su carga eléctrica. Cualquier otro electrón del universo (al que podemos llamar Q) siente el campo y a su vez cada uno de los electrones del universo crea su propio campo eléctrico. El resultado es una fuerza atractiva si las cargas son de signo contrario y repulsiva si son del mismo signo.

¿Por qué la carga eléctrica viene en dos variantes, positiva y negativa, lo que hace que el campo eléctrico pueda atraer o repeler otras cargas? Porque sí. ¿Por qué la carga eléctrica es discreta (esto es no existen partículas elementales con un continuo de carga entre, digamos, la carga de un electrón y la de dos electrones)? Porque sí también. Una vez que aceptamos todos estos “porque sí” podemos explicar el comportamiento de las cargas eléctricas, no sólo en reposo (electroestática) sino también en movimiento (electrodinámica). En el siglo XIX James Clerk Maxwell escribió sus famosas ecuaciones, capaces de describir los fenómenos eléctricos y magnéticos en términos de una teoría unificada, el electromagnetismo. Y a lo largo del siglo XX, esta teoría fue extendida para describir objetos microscópicos (como los electrones) que se rigen por la mecánica cuántica. En resumen, los físicos del siglo XXI entienden los fenómenos electromagnéticos tanto microscópicos como macroscópicos en términos de unas pocas propiedades intrínsecas de las partículas elementales (unos cuantos porque sí, como ya hemos visto).

¿Y qué tiene todo esto que ver con la masa de los electrones, por no decir con las mesas, sillas, butacas, aparadores y armarios del taller del Titi?

Elemental querido Higgs. La siguiente cuestión que nos plantearemos (en la próxima entrega) es si la masa de los electrones es también una de esas cantidades porque sí, como su carga eléctrica, o si podemos explicárnosla a partir de otro porque sí, aún más elemental…

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