Estructura del núcleo atómico

La moderna investigación de la estructura del núcleo atómico pareció alcanzar una solución final a principios de la década de los 30, cuando se disponía de una concepción en la que había las cuatro interacciones fundamentales mencionadas y unas cuantas partículas, a saber: el electrón, el protón y el neutrón como constituyentes de la materia, y el fotón como constituyente de la radiación electromagnética, así como mediador entre las interacciones.

Sin embargo, en los años siguientes los problemas del modelo requirieron que se postulase la existencia de muchas otras partículas, tales como las antipartículas (es decir, partículas que tienen algunas propiedades iguales y otras opuestas respecto de la partícula de la que son antipartícula), el neutrino, los mesones, etc., alcanzando este proceso su culminación en la década de los cincuenta.

En 1964, M. Gell-Mann y G. Zweig propusieron, de forma incompletamente independiente uno del otro, la hipótesis de que los hadrones (es decir las partículas que experimentan la interacción fuerte, o sea, bariones y mesones) no fuesen otra cosa que estados ligados de unas nuevas partículas a las que se dio el nombre de quarks.

De acuerdo con dicho modelo, los bariones serían estados ligados de tres quarks, y los mesones lo serían de un quark y un antiquark, lo que impone ciertas características a los quarks, como son tener carga fraccionaria (múltiplos de 1/3 de la del electrón), etc.

En aquella época se postuló la existencia de lo que en la actualidad se conoce como de quarks up (arriba), down mé (abajo) y strange (extraño).

Esto volvió a clarificar el panorama, dejando como únicas partículas sin estructura conocida al fotón, los leptones y los quarks. Asimismo, igual que J. C. Maxwell había unificado la teoría de la electricidad y el magnetismo mediante la formulación del electromagnetismo, S. l. Glashow, A. Salam y S. Weinberg unificaron mediante la teoría electrodébil las interacciones débil y electromagnética.

Asimismo, y como resultado de la incorporación del quark a dicho modelo, se postuló la existencia del charn (encanto).

De este modo, desde la década de los setenta se dispone de un modelo que incorpora tres familias de partículas elementales: los  leptones, los quarks y los mediadores de las interacciones. Entre tanto, se ha llegado a la conclusión de que, si bien la existencia de los quarks queda confirmada indirectamente, también parece seguro que no podrán llegar a verse aislados, ya que éstos no se presentan como partículas libres y están siempre confinados en el interior de los hadrones.

Éste es el panorama que ofrece la física de las partículas elementales de acuerdo con las

concepciones generalmente aceptadas en la actualidad, trabajándose por el momento en las llamadas teorías de gran unificación y de supersimetría.

En cuanto a los medios empleados en la práctica para la exploración de la estructura atómica y subatómica, ésta se realiza mediante la colisión de partículas en los aceleradores, instalaciones en las que, mediante el empleo de campos magnéticos y eléctricos dispuestos adecuadamente, es posible acelerar las partículas hasta lograr que alcancen velocidades muy altas (próximas a la de la luz).

Una vez aceleradas se hacen colisionar, con lo que se crean nuevas partículas cuya masa es tanto mayor cuanto mayor es la energía de la colisión que tiene lugar. Los aceleradores pueden ser circulares o lineales.

Asimismo, con la intención de obtener colisiones a energías cada vez más altas se emplean diversos sistemas tales como choques frontales de haces de partículas o el empleo de los llamados anillos de almacenamiento, en los que los campos magnéticos y eléctricos, convenientemente activados, van imprimiendo aceleraciones sucesivas a las partículas hasta que éstas alcanzan la energía deseada inyectándolas después en el tramo de la instalación en la que tiene lugar la colisión con las partículas empleadas como blanco.

Dado que el fin de estas operaciones es analizar minuciosamente las partículas creadas, es necesario registrarlas, para lo cual se emplea, entre otros sistemas, la llamada cámara de burbujas, en la que el paso de las partículas por su interior hace que aparezca una traza de burbujas en una atmósfera saturada que permite registrar las trayectorias seguidas por éstas,

El registro obtenido sirve con posterioridad para deducir, a partir de la forma, longitud y ángulos respectivos, las partículas que se han producido durante la colisión.

Publicado en Ciencias naturales y física