La Materia

Estamos fascinados con el universo en general, sobre todo por el abrumador tamaño del mismo. Pero no hay que olvidarse del caótico mundo de lo pequeño, dónde prácticamente todo vale. Viajemos a un mundo de fantasía: el corazón de la materia. Donde las partículas subatómicas se pasan por donde les place las leyes fundamentales de la física de “obligado” cumplimiento. Todos estamos creados de materia. Todo lo que ves, todo lo que comes, todo lo que respiras es materia. Según su definición clásica sería todo aquello que tenga masa y ocupe un espacio; aunque aún nos queda muchísimo para llegar a entenderla. El problema está en sus pilares fundamentales; que violan todas las leyes pre-establecidas de la física conocida y de donde brotan todos los efectos que sentimos al interactuar con ella.

ESCALAS, VACÍO E INTERACCIÓN

La materia de la que estamos hechos está prácticamente vacía. Todos tenemos en mente el clásico dibujo de un átomo en los libros de ciencias (fotografía): el núcleo "gordito" en medio y los electrones orbitando junto a él, pero esto no se parece nada a la realidad. Sí tú fueras el núcleo de un átomo; tus electrones, del tamaño de una mosca, estarían a más de 200km de distancia. Y si te unieras a otros átomos para formar un sólido tardarías más de media hora de avión para llegar al siguiente núcleo más cercano. ¿Increíble verdad? ¿Pero que hay entre el núcleo y sus electrones? Sencillamente nada palpable. Quitando los campos electromagnéticos, campos de fuerza y sus interacciones se quedaría en nada. El vacío más semejante a su definición clásica. Los electrones y núcleos de la materia están tan separados que sí quitáramos el vacío entre ellos y pudiéramos apretar el planeta Tierra cabría en un balón de futbol. Y sí apretáramos todos los átomos de todos los seres humanos que viven actualmente en el planeta cabrían de sobra en una de tus pestañas. 

¿Pero sí estamos “tan vacíos” por qué no puedo atravesar la pared? La verdad que sí no existieran los campos de fuerza lo podrías hacer limpiamente sin que ninguno de tus átomos la tocara. Pero son estos, los campos electromagnéticos, los que rechazan y evitan que traspases al resto de la materia. Lo que es una suerte porque a nadie le gustaría colarse a través del suelo ¿verdad?

La realidad es que nunca has tocado a nada o a nadie. Nunca tocaste a tu pareja, ni siquiera a ti mismo… son los campos de fuerza de los átomos que te componen los que interaccionan con el resto de la materia. Ni cuando te sumerges en la piscina tus átomos están tocando los átomos del agua; es la fuerza de repulsión entre ellos lo que sentimos. Por suerte, los árbitros de fútbol no son físicos de partículas ya que por esta definición nunca sería falta, por muy fuerte que se pegarán una patada.

ESTADOS DE LA MATERIA

La mayoría de la gente piensa que los estados en los que puede encontrarse la materia son 3. Los clásicos sólido, líquido y gaseoso. Son los estados con los que, en la vida cotidiana, tendemos a interactuar. Pero la materia también puede encontrarse bajo otras circunstancias en otros muchos estados: plasma, concentrados de Bose Einstein, súper-fluidos, materia extraña, condensados de Fermi, materia degenerada, plasma de quarks y gluones, líquidos de spin cuántico, súper-sólidos, geles equilibrados… y así hasta 25 estados diferentes actualmente conocidos; que en muchos casos no seríamos capaces de reconocer al tenerlos delante. El cosmos es un lugar extraño, donde menos de un 5% sabemos que está compuesto por materia; y menos de 1% de ese 5% está en sólido, líquido o gaseoso.

ENTRELAZAMIENTO CUÁNTICO 

Uno de los efectos cuánticos más increíbles es el del entrelazamiento, mediante el que 2 partículas establecen una conexión e intercambian información. Cuando un cambio afecta a una de estas partículas se lo transfiere de forma instantánea a la otra. Y lo más sorprendente de todo es que da igual si se encuentran a 1cm de distancia o a 10 millones de años luz; la respuesta es instantánea. ¿Os acordáis de que nada puede superar la velocidad de la luz? Pues la transferencia de información entre partículas entrelazadas viola totalmente este hecho. Y aún se puede ir más allá y dejarnos más patidifusos: ¿creéis que nada puede interferir en el pasado? Varios experimentos, aunque algunos los critican, han entrelazados partículas a través del tiempo, mostrando que un cambio en la partícula actual afecta a la partícula existente en el pasado. Totalmente algo que supera a cualquier película de ciencia-ficción.

BOSÓN DE HIGGS

El famoso Bosón de Higgs es una partícula elemental propuesta en el Modelo estándar de física de partículas. El nombre viene en honor a Peter Higgs, quien junto a otros, propuso en 1964 el hoy llamado mecanismo de Higgs. ¿Pero por qué la materia tiene masa y además esta varía según la partícula? Simplificando todo la solución la encontramos en el Bosón de Higgs. Una partícula fundamental que crea un campo que impregna todo el espacio. Las partículas que interactúan con ese campo tienen masa, y las que no, no. Cuanto mayor sea la interacción con el Bosón de Higgs, mayor será la masa.

La verdad que no entendemos demasiado bien el origen y las propiedades de los pequeñísimos elementos de los que estamos formados. Cosas tan sencillas como que la materia y energía son 2 caras de una misma moneda se escapan totalmente de nuestra comprensión. Y aún se escapan muchísimo más las capacidades cuánticas de lo pequeño. Sí algún día nuestra civilización logra tener una comprensión real de todo esto experimentaremos un salto exponencial tecnológicamente, pero aún falta demasiado para ello.