materia infinita, ciencia infinita

MATRIOSKA ATÓMICA

Por Guillermo Guevara Pardo

Uno de los más espectaculares logros alcanzados por la filosofía en la antigua Grecia, es sin duda el concepto de que toda la materia es de naturaleza atómica. Demócrito, Leucipo y Epicuro son los nombres que siempre se han asociado a tan iluminadora idea. Ellos, y otros pensadores de la Hélade, intentaron dar una explicación racional a los fenómenos del mundo recurriendo a causas naturales, sin intervención de la plétora de dioses (llenos de apetitos y debilidades extrañamente humanos) que habitaban las cumbres del Olimpo de Zeus, el inframundo de Hades o los fondos oceánicos de Poseidón.

Para los filósofos mencionados los átomos eran compactos, sin partes, indivisibles, homogéneos, infinitos en número, y animados por movimiento constante y eterno. Demócrito de Abdera sostenía que la materia estaba formada por átomos y vacío. Fuego, aire, tierra y agua eran atómicos y entonces dejaban de ser los componentes fundamentales del mundo; el alma también estaba compuesta de átomos. Los mundos los concebía ilimitados, increados y sujetos a constante cambio; nada nace de lo que no existe, ni retorna a lo que no existe; la creación no tiene principio ni fin y fluye en un tiempo verdaderamente infinito. El filósofo de Abdera otorgaba un papel muy limitado a los dioses, no tenían nada que ver en la marcha del mundo que se explica mejor recurriendo a leyes físicas: la materia es todo, todo es materia.

Durante siglos la existencia de los átomos se apoyó en pruebas circunstanciales, lo que permitió que hubiera acérrimos defensores de la inexistencia de los mismos y que la idea permaneciera como una mera especulación hasta prácticamente el siglo XIX. Por ejemplo, Ernst Mach (1838-1916) y Wilhelm Ostwald (1853-1932), eran las cabezas más visibles de quienes negaban el principio atómico. Incluso Ostwald se atrevió a decir: “Si ven átomos, tráiganme cien”. Con el trabajo del inglés John Dalton (1766-1844) se empiezan a acumular pruebas de su existencia y cuando el ruso Dimitri Mendeleiev (1834-1907) organizó los elementos químicos conocidos hasta ese entonces en una Tabla Periódica, surgió entonces la duda acerca de su naturaleza homogénea e indivisible. Finalizando el siglo, en 1897, el equipo científico liderado por el británico Joseph John Thomson (1856-1940) identificó la primera partícula atómica, el electrón. El átomo dejaba de ser indivisible. Posteriormente, ya en el siglo XX, se descubrieron el protón y el neutrón (constituyentes del núcleo atómico), los neutrinos, los bosones y otros componentes del abigarrado zoológico subatómico.

Algunos fenómenos físicos hasta entonces mal comprendidos, como la radiactividad, se explicaba mejor si protones y neutrones estuvieran compuestos por unas estructuras internas aún más pequeñas. Es así como surge, en los años 1960, la teoría de los quarks (la palabra quark fue el aporte de la literatura): estas partículas serían las constituyentes de protones y neutrones. La ciencia iba descubriendo su propia matrioska atómica. En la década siguiente, en los aceleradores de partículas, se empezaron a descubrir los diversos quarks: up (u), down (d), charm (c), strange (s), top (t) y bottom (b). Se elabora además un cuerpo teórico, el llamado modelo estándar, que describe las interacciones entre las fuerzas físicas (gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil) y las distintas partículas atómicas. Según el modelo estándar toda la materia está compuesta por  quarks (u y d), leptones (electrones y neutrinos) que se caracterizan por ser partículas elementales, indivisibles, y los bosones que son las partículas transmisoras de las fuerzas: fotón para el electromagnetismo, gluón para la fuerza nuclear fuerte, bosones W y Z para la fuerza nuclear débil, y el gravitón (aún no detectado) para la fuerza de gravedad. La masa de las partículas surge de su particular interacción con el ubicuo campo de Higgs, cuyo bosón se detectó el año pasado en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por su sigla en inglés).

En el modelo estándar las partículas atómicas se clasifican en dos grandes grupos: los fermiones (quarks y leptones) y los bosones. Los fermiones se organizan en tres generaciones: la generación I está constituida por los quarks u y d, el electrón y el neutrino electrónico; la generación II (más masiva) la conforman los quarks c y s, el muón y el neutrino muónico; de la generación III (aún más masiva que las dos anteriores) hacen parte los quarks t y b, el tauón y el neutrino tauónico. Si las cosas del mundo se construyen con las partículas de la generación I, ¿por qué existen las de las otras dos?, ¿qué función desempeñan?

 Hasta ahora el modelo estándar y los experimentos apuntan a que todas estas partículas son elementales. Pero, ¿existe la posibilidad de que ellas estén a su vez formadas por otros componentes aún más pequeños? Algunos científicos piensan que sí y han designado a esos componentes con el nombre de preones: uno de los modelos propone que quarks y leptones estarían conformados por tres preones y los bosones por seis. La evidencia, como durante siglos ocurrió con la teoría atómica, es hasta ahora circunstancial. Un protón se puede transformar en neutrón (y viceversa) por mutación de uno de sus quarks; dicho cambio se explicaría si los quarks estuvieran formados por preones. Las partículas de la segunda y la tercera generaciones parecen ser formas especiales de las de la primera generación. En las de las generaciones II y III los mismos tipos de preones se organizarían de una manera particular. ¿Estarían los preones, a su vez, constituidos por otros componentes aún más pequeños?

En ciencia la validez o falsedad de una propuesta teórica surge de la prueba experimental. Se espera que para 2015, cuando el LHC alcance sus mayores niveles de energía, el experimento corrobore o refute la existencia de los preones. El carácter infinito de la ciencia es el reflejo de la naturaleza infinita de la materia.