Primero preguntémonos "¿qué es la materia?". Podría rescatar del cajón mis apuntes de hace ya varios años, escritos en secundaria, en los que tengo apuntado: "la materia es todo aquello que tiene masa y que ocupa un volumen". Esto, en cierto modo, es cierto. Pero es más bien una definición de la física clásica, no de la moderna. Intentaremos, por lo tanto, cambiar en esta entrada esa definición.
Imaginemos que llegas un día a casa del trabajo o la escuela completamente reventado. Te tiras en el sofá mientras piensas amargamente en el día que has tenido. Oye, ¿y si vas a por un poco de chocolate? ¡Seguro que eso te anima! Te acercas a la tableta y partes un trozo. No, tiene que ser más pequeño, que "engorda mucho". Entonces te preguntas, ¿y si parto uno más pequeño, y luego otro y otro y otro? ¿Habrá un límite al número de divisiones que puedo hacer o, por el contrario, podría seguir dividiendo la onza indefinidamente? Aunque no lo pueda parecer, esta pregunta ya se la hicieron los griegos más de 2000 años atrás, y dio lugar al enfrentamiento ante los atomistas, que creían que había un límite (como Demócrito o Empédocles), y aquellos que eran partidarios de una teoría continua de la materia, que podíamos seguir dividiéndola en porciones más pequeñas por siempre (como Aristóteles).
Hoy en prácticamente todas las escuelas del mundo se enseña la teoría atomista como si fuera algo obvio, olvidando, aparentemente, los siglos que lleva a sus espaldas así como los experimentos que se han tenido que llevar a cabo para que fuera aceptada. El desarrollo de los modelos atómicos se hará en otra entrada; hablaremos aquí de lo que actualmente sabemos.
Mira tu reflejo en el espejo. ¿Ves tu pelo, tus ojos, tu boca, tu nariz, tu rostro? Todo eso está formado por tejidos que, a su vez, está formado por células, como podemos ver con un microscopio. Las células contienen moléculas como grasas o azúcares. Éstos están formador por átomos (de carbono, de oxígeno, de nitrógeno...). ¿Y ellos?
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| Fig. 1.1. Niveles de organización de los seres vivos |
Un átomo está formado por un núcleo donde están una partículas llamadas protones y neutrones y alrededor del cual giran los electrones (en realidad este es un concepto antiguo, clásico). Los protones y los electrones están cargados eléctricamente (esto es una propiedad que hace que estas sustancias se atraigan o se repelan. Por convención, se dice que los protones tienen carga positiva y los electrones, negativa. Las cargas de igual signo [+/+] o [-/-] se repelen [dos protones o dos electrones se repelen, como un estudiante y un examen], mientras que las cargas de signo contrario se atraen [un protón y un electrón]). Por otra parte, los neutrones no tienen carga.
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| Fig. 1.2. Átomo Representación de un átomo según el modelo de Bohr |
A las partículas que forman parte del núcleo (protones y neutrones) se les denomina nucleones. ¿Y ya está? ¿Ese es el límite de mi onza de chocolate? Pues la verdad es que no. Los electrones forman parte de un grupo de partículas a las que se les llama leptones y que, de momento, se cree que no se pueden dividir en algo más simple.
Sin embargo, los protones y los neutrones sí que se pueden dividir en algo más: los quarks.
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| Fig. 1.3. División de la materia |
En la naturaleza encontramos varios tipos de quarks. Los nombres demuestran que los físicos, a la hora de nombrar cosas, no se lo curran mucho:
1. Quarks up ("arriba")
2. Quarks down ("abajo")
3. Quarks top ("cima")
4. Quarks charm ("encanto")
5. Quarks strange ("extraño")
6. Quark bottom ("fondo")
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| Fig. 1.4. Familia de Quarks |
Los protones y los neutrones sólo están formador por los quarks up y down (protón: 2 quark up y 1 quark down; neutrón: 1 quark up y 2 quark down).
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| Fig. 1.5. Protón Un protón está formado por 2 quark Up y uno Down |
Cada uno de estos quarks tiene su peculiaridad. El más extraño es posiblemente el quark top ("cima"), que pesa, él solito, ¡lo mismo que un átomo de oro! Es decir, la masa de ese quark es prácticamente la misma que la de 79 protones. ¿Por qué? Nadie lo sabe.
¿Y podrán dividirse en partículas más simples los quarks? La verdad es que hay hasta un nombre para la partícula que compone los quarks: preón. Pero todavía no se sabe si existe. A la ciencia aún le queda mucho por descubrir.
En cualquier caso, a los leptones que antes mencioné (como el electrón) y a los quarks que forman los protones y los neutrones se les llama "fermiones". Los fermiones son las partículas que forman la materia. Por lo tanto, si un día nos preguntan "¿Qué es la materia?", podemos recurrir a la definición clásica que yo también tengo apuntada desde los trece años, o decir "La materia es todo aquello que está formado por fermiones", y sonreír ante el asombro del público.
