Radioactividad!

RADIACIÓN ALFA

Hoy, como lo comentabamos en la entrada anterior "Caracterización de la radiación", hablaremos de la primera de las radiaciones por conocer: La radiación alfa.

Ya hemos caracterizado a la radiación pero... Que es la radiactividad?

La podemos definir como un proceso espontaneo que se lleva a cabo debido a una inestabilidad en el núcleo de los átomos. Dicho de una manera más técnica: Es un desequilibrio de la relación N/Z(Neutrón - Protón) y la evolución hacia una configuración más estable. Es decir, se puede considerar que los núcleos estables tienen el mismo número de protones que de neutrones pero, si se tiene un exceso en cualquiera de los dos, el núcleo se desará de ese exceso de partículas hasta alcanzar su equilibrio (No. Neutrones =No. Potones).

Nosotros vemos esa inestabilidad en los núcleos como una emisión de partículas o También dicho una Radiación.

En este caso (Radiación alfa), existen ciertas condiciones para que se lleve a cabo, de las cuales hablaremos a continución.

Por principio de cuentas, Espero que no te aburras pero, es importante conocer un poco de historia sobre esta partícula y, posteriormente, comentaremos condiciones y por que no? Unos ejemplos de esta.

La radiación alfa es una emisión núcleos de Helio, dos protones y dos neutrones. También, las partículas alfa, son llamadas "ión Helio", por que como lo comentabamos, solamente es el núcleo sin los electrones, es decir, no es eléctricamente neutro(Entonces lleva carga - La del protón).

Se vería más o menos así:

También es importante conocer algo que se leha llamado como "Curva de Estabilidad", tiene que ver precisamente con la relación N/Z. Los elementos que se encuentran sobre la línea trazada a 45° son los elementos "Estables", de igual forma los que se encuentran fuera de ella son los que presentan propiamente un cierto grado de inestabilidad. Y hablando de esto, algunos de ellos como el isótopo 238 de Uranio, tienen una vida media de aproximadamente 4.5x10^9 años. Para que te des una idea de cuanto tiempo es, imagina que estaría cerca el fin del Sol y una muestra de este material seguiría irradiando partículas.

Pero bueno! pasemos con algo de historia.

Los físicos conocían las propiedades de la radiación alfa, pero eran muy reducidas según su naturaleza. Se había comprobado que las partículas alfa se prolongaban en línea recta y se había intentado desviarlas de su trayectoria normal con un campo magnético para comprobar su naturaleza eléctrica, pero sin resultados significativos.
Rutherford y Pierre Curie demostraron igualmente que una parte de la radiación emitida por una sustancia radioactiva era desviada por campo eléctrico.

Rutherford logro el experimento en 1903, utilizando un poderoso campo magnético y con una fuente intensa, los rayos fueron canalizados estrechamente antes de penetrar en una cámara de ionización donde los iones formados eran captados. Rutherford estableció que la radiación alfa eran partículas con carga eléctrica y posteriormente determino el valor del cociente e/m (carga –masa) de la partícula, desviando el haz de rayos por fuerzas eléctricas y magnéticas. Estos resultados fueron de vital importancia para comprender los fenómenos radiactivos. En principio la radiación alfa porta carga eléctrica positiva y posee velocidades relativamente elevadas. Siguiendo la analogía con los rayos positivos o catódicos, se podía esperar que por comparación del valor de e/m de los elementos conocidos se pudieran identificar a los átomos ionizados, que constituye a los rayos alfa.

Por la imprecisión de las medidas de e/m pudieron suponer que la especie era hidrogeno o helio. Mas tarde Ramsay y Soddy resolvieron el problema, haciendo una demostración sorprendente: hicieron pasar la radiación alfa producida por una sal de radio, a través de una pared de vidrio muy delgada, a un recipiente evacuado también de vidrio y en unos cuantos días se había acumulado en el recipiente suficiente gas, el cual fue identificado espectroscopicamente. Las líneas características encontradas pertenecían al helio. Tanto Louis Debierne como Mme. Curie encontraron que el actinio, lo mismo el polonio, también producían helio.

Parecía más y más probable que la radiación alfa eran iones de helio y que portaban dos cargas elementales. También fue Rutherford quien estableció este último punto. Se podía precisar que la emisión de rayos alfa por las sustancias radioactivas estudiadas eran iones de helio con dos cargas positivas y velocidades aproximadas de 20 000km/s.
Por lo tanto, se puede comprender por que el recorrido de la radiación alfa en un gas cualquiera aumenta cuando la presión o el numero de moléculas por unidad de volumen disminuye.

Ahora bien! con estos antecedentes pasemos a las condiciones bajo las cuales se da dicha emisión.

La partícula alfa no es una partícula fundamental; está formada por dos neutrones y dos protones, de manera idéntica a un núcleo de He, muy estable. En el decaimiento alfa, el número atómico (Z) del elemento disminuye en dos unidades y el número de masa (A) en cuatro. La mayor parte de los núcleos pesados decaen por emisión de partículas alfa según lo siguiente:

En los núcleos pesados (A > 140), la suma de las energías de unión de dos neutrones y de dos protones, los menos unidos, es inferior a la energía de unión de los cuatro nucleones en el núcleo de He . Por consecuencia en esos núcleos es posible la emisión de He(Partícula alfa). Un ejemplo de decaimiento alfa es el isótopo 238 de Uranio , la energía de unión de los cuatro últimos nucleones es de 24 MeV y la de la partícula alfa es de 28 MeV, por lo tanto, la energía de unión de esta partícula en el núcleo de Uranio 238 es -4 MeV.

Una transición alfa está acompañada de la emisión de rayos gamma. El proceso puede representarse de la siguiente manera:

De esta manera, el Torio (Th) y el He (Partícula alfa) juntos, son más estables que el Uranio 238.

Existe algo llamado "Energía de retroceso" la cual se da en cada una de las emisiones , a su tiempo, hablaremos de ella, pero por hoy dejaremos la emisión alfa (como artículo propio) hasta aquí.

En la próxima entrada, una de las emisiónes de la que ya hemos comentado algo cuando hablamos del Neutrino: La emisión Beta.

Radioactividad!

CARACTERIZACIÓN DE LA RADIACIÓN

Comenzamos con esta nueva serie y la primera de sus entradas: Radioactividad!-Caracterización de la Radiación.

En esta Pequeña serie trataremos de describir de una forma breve y concisa, los aspectos más importantes sobre el tema.(es importante para el lector que no le pierda la pista a estas entradas debido a que se comentarán puntos de gran interés para nuestro viaje por la Física, y mejor aún, Por la "Teoría de Cuerdas".

Pero bueno... dicho mal y pronto, aquí vamos!

Después del descubrimiento de la radioactividad, se hicieron numerosos ensayos para estudiar las propiedades de esta radiación, especialmente para medir el poder de penetración en diferentes materiales, la ionización especifica en diferentes gases y el comportamiento bajo los efectos de campos eléctricos y magnéticos.

Röntgen había examinado el poder de penetración de los rayos X, intercalando entre la fuente y la pantalla fluorescente laminas de diferentes espesores de componentes determinados. En experimentos análogos con una sustancia radioactiva comprobó la flourecencia en la pantalla disminuía rápidamente cuando colocaba placas metálicas delgadas, la luminiscencia permanecía mas o menos constante y desaparecía cuando eran colocadas un numero considerable de esas placas. Desde el punto de vista de la penetración de la radiación, llegaron a separar dos tipos de radiaciones. Después recubrieron el recipiente que contenía una sal de radio con una hoja metálica lo suficientemente delgada para disminuir un poco la luminiscencia en la pantalla y se comprobó que la conductividad eléctrica del aire y la producida en las mismas condiciones con una sal no cubierta presentaban igualmente una diferencia muy notable en estos resultados. Cuando la hoja de metal es muy delgada, el aire se vuelve muy conductor y a partir de cierto espesor disminuye bruscamente.

Ernest Rutherford (1871-1937), nativo de nueva Zelanda, trabajo bajo la dirección de J.J. Tomson en el colegio Trinidad. Fue profesor investigador en la universidad de Mc Gill, director del laboratorio de física en la universidad de Victoria y director de laboratorio en Cavendish (1919-1937); por su trabajo, recibió el premio Nóbel de química en 1908. En 1899 Rutherford inicio el estudio sobre las propiedades de las radiaciones, utilizando un instrumento similar al electrómetro. Las medidas sobre absorción de los rayos con hojas metálicas dieron a conocer que había dos componentes. Un componente era absorbido con unas 10 micras de aluminio y fue nombrada “radiación ά”. El otro tipo de radiación se absorbía considerablemente con casi 100 veces ese espesor de aluminio y fue nombrada “radiación β”. Posteriormente, Paul Willard encontró otro tipo de radiación que consistía en una forma muy energética de ondas electromagnéticas, a la cual denomino “Rayos Gamma”.

Rutherford y Mme. Curie, esperaban observar que los diferentes tipos de radiación fueran mas fácilmente absorbidos por la materia en un estado menos condensado que el estado sólido, por ejemplo el estado gaseoso.

La radiación del polonio presentaba la particularidad de emitir casi solamente radiación alfa. Esta producía, como las otras radiaciones, fosforescencia de ciertas substancias. Mme. Curie observo que si alejaba lentamente una fuente de polonio de la pantalla fluorescente, la luminiscencia disminuía y después desaparecía bruscamente cuando la colocaba a casi 4 cm. Del polonio. El recorrido de los rayos ά variaba según la naturaleza del gas absorbente y la presión, es decir, con la aproximación más o menos grande de las moléculas de las moléculas del gas. De estos trabajos se supo que el carácter esencial de la absorción de la radiación alfa aumenta con el espesor de la materia que atraviesan. Esto condujo a madame Curie a pensar que se trataba de partículas materiales perdiendo progresivamente su energía.

Bragg continúo los estudios sobre la absorción de la radiación alfa en los gases, midiendo la ionización que resultaba a su paso en volúmenes de gas a baja presión, colocados a distancias variables de la fuente, o sea el largo de la trayectoria. Este volumen se encontraba limitado por dos conductores colocados junto a la fuente radiactiva. El conductor inferior era una rejilla que dejaba pasar las radiaciones, el otro estaba unido a un electroscopio; entre ellos se establecía una diferencia de potencial, de tal manera que se podían captar los iones producidos.

Las radiaciones de sustancias radioactivas naturales fueron clasificadas en tres tipos, según su poder de penetración. Las partículas alfa presentan poco poder penetrante y fueron detenidas con hojas de papel común, pero causaban gran ionización en el aire.
Las partículas beta presentaban menor poder ionizante pero mayor poder penetrante, ya que podían pasar fácilmente hojas delgadas de metal. El tercer tipo, aun con menor poder ionizante pero pudiendo penetrar gruesas capas de diferentes materiales, fueron las radiaciones gamma.

Dejaremos hasta aquí nuestra primera entrada, en la próxima hablaremos de la primera de las radiaciones por conocer: "Radiación Alfa".

Nuestros primeros pasos! - VI (Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

El NEUTRINO (CONTINUACIÓN)

Continuamos nuestro viaje a través del mundo de la Física de Partículas, hablando de una de las partículas más interesantes del modelo estándar "El Neutrino". Como lo comentabamos en la entrada anterior, el neutrino es un Fermión del tipo Leptónico, esto quiere decir que es una de las partículas que constituyen el mundo material. Solamente que esta no siente dos de las cuatro fuerzas fundamentales: La electromagnética y la Fuerza Nuclear Fuerte. Es decir, no puede ser desviada debido a la ausencia de carga y tampoco siente la fuerza encargada de mantener juntos a los protones y neutrones (También llamados Nucleones) en el núcleo del átomo. Pero...¿Como es posible que estas partículas existan?. Como se Generan? De donde Vienen? Todas estas preguntas las contestaremos a continuación.

Por principio de cuentas estas partículas, como ya lo habíamos comentado se generan principalmente en la desintegración beta. Una de las principales fuentes de Neutrinos es precisamente nuestra estrella rey: El Sol.

Mediante reacciones que se llevan a cabo en el núcleo del mismo, es posible que estos existan. Debido a que los neutrinos son partículas que como ya lo habíamos comentado presentan una sección eficaz muy reducida, salir del núcleo del sol les es muy sencillo (Sabiendo que la densidad del sol es elevadisima); Así mismo a la tierra la atraviesan constantemente cada segundo.

He aquí un diagrama de las reacciones que se llevan acabo para la producción de Neutrinos:

Credito: Wikipedia

El Sol es un reactor de fusión nuclear alimentado por una reacción protón-protón en cadena la cual convierte cuatro núcleos de hidrógeno (protones) en helio, neutrinos y energía. El exceso de energía es liberada como rayos gamma y energía cinética de las partículas, incluyendo los neutrinos los cuales viajan desde el núcleo solar hasta la Tierra sin ninguna absorción apreciable por las otras capas solares.

A medida que los detectores de neutrinos se hicieron lo suficientemente sensibles para medir el flujo de neutrinos del Sol, se vio más claro que el número de neutrinos detectados era menor que lo predicho por los modelos. En diversos experimentos, el numero de neutrinos detectados era entre la mitad y una tercera parte de la predicción teórica. Este aspecto de analizar que la cantidad de neutrinos recibidos es menos de lo predicho teóricamente, se le conoce con el nombre de "El problema de los Neutrinos". La solución propuesta para dicho problema es que: Los neutrinos poseen masa y eso es efectivamente lo que hace que se obtengan las dos restantes clases conocidas de neutrinos hasta hoy, El neutrino muónico y el neutrino Taónico.

También existen fuentes humanas productoras de neutrinos como son las Centrales nucleares donde se pueden producir cerca de 5 x 10^20 antineutrinos por segundo; de igual forma pero en menor cantidad, los aceleradores de partículas. Y bueno... hablando de esto, es importante comentar sobre el "Sudbury" en una mina de Canadá, el cual es un detector de Neutrinos creado por el Humano. Con esta clase de asistencias para el Hombre, fue posible detectar que efectivamente el Neutrino posee una determinada cantidad de masa la cual le permite a lo largo de su viaje a la tierra, pasar de un clásico neutrino electrónico como los que se producen en el sol, a un neutrino de carácter Muónico o bien Taónico. Por eso, ¡La cantidad de Neutrinos detectados, no coincidía con la cantidad de neutrinos teóricamente producidos(Calculados por los físicos) en el sol que apuntan hacia nosotros!

En fin... a grandes rasgos, El observatorio de neutrinos de Sudbury es un laboratorio internacional construido expresamente para intentar resolver el misterio de los neutrinos procedentes del Sol, un dolor de cabeza para los físicos desde hace décadas. Es el primer detector del mundo de agua pesada (dos átomos de deuterio y uno de oxígeno) y se construyó en Canadá por la disponibilidad única en aquel país de esta materia prima, utilizada en las centrales nucleares canadienses.

A una profundidad de dos kilómetros, en la zona más profunda de una antigua mina, el observatorio consiste en una esfera de material acrílico de 12 metros de diámetro llena de agua pesada (contiene 1.000 toneladas) y suspendida en una cavidad mayor (de una altura equivalente a un edificio de 10 pisos) llena de agua pura(50.000 toneladas). Alrededor de la esfera acrílica una batería de fotomultiplicadores(11.000) impide que las posibles interacciones de los neutrinos con otras partículas, que delatan su presencia, queden sin detectar. Como todos los observatorios de neutrinos -en cavernas, bajo el hielo antártico o en el fondo del mar-, el de Sudbury está en un lugar aislado en el que se pueden detectar las debilísimas señales de los neutrinos sin la interferencias como la de los rayos cósmicos.

Una imagen de el:

Credito: Wikipedia

Es impresionante la capacidad de estas partículas "Fantasmales" como las llaman los físicos no? Por el momento dejaremos al Neutrino hasta aquí a menos de que surga algo extra que se pueda agregar. En la próxima entrada nos despegaremos de la Serie "Nuestro Primeros Pasos-(Modelo estándar-Definición y Partículas)" y empezaremos otra serie en la que necesitamos hablar de temas importantes para Nuestro viaje en la Física de Partículas. Empezaremos con la serie Radioactividad! y con la primera de Nuestras entradas "Caracterización de la Radiación"

Nota: La serie "Nuestro Primeros Pasos-(Modelo estándar-Definición y Partículas)", No ha terminado, solamente empezaremos con otra serie sin abandonar a la anterior.

Nuestros primeros pasos! - VI(Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

El NEUTRINO

Después de no haber escrito por ya algún tiempo, hoy, como lo mencionamos en la entrada anterior (El Fotón), hablaremos del Neutrino, una de las partículas más conocidas y que llama mucho la atención a los físicos. (Recomendamos al lector que si, no ha leído las entradas anteriores, definitivamente lo haga, debido a que si no tiene conocimientos previos sobre las partículas, posiblemente no sea de fácil comprensión. Como siempre trataré de escribir de forma que lo entendamos todos de la mejor manera sin, repito, profundizar en el tema)

Esta partícula de la que hablaremos, es un fermión que, como ya habíamos comentado, son las partículas Básicas Constituyentes de la materia. También es un Leptón, por lo tanto, al igual que el electrón, no siente la fuerza nuclear fuerte; Sin embargo, este además no siente la fuerza electromagnética. Pero por que?... Sencillo!!! El Neutrino es una partícula con una carga Neutra y de echo se le concidera con masa practicamente nula. No es que no la tenga, solamente que es tan pequeña que es practicamente despreciable; y para que te des cuenta querido lector de que tan pequeña es, imagina algo tan ligero como aproximadamente una diez milésima parte de la masa del electrón.

En 1930, la desintegración beta, por la cual un neutrón libre (recuerda la entrada sobre él), pasados unos 15 minutos de vida media, se desintegra en un protón y un electrón, se conocía relativamente bien. Sin embargo, algo no encajaba: los principios de conservación de la energía y la cantidad de movimiento no se cumplían. Dicho de otra manera: la energía y la cantidad de movimiento del neutrón eran más grandes que las de el protón y el electrón producidos. Sin embargo, ninguna otra partícula se observaba.

Precisamente por esa razón es que el neutrino fue durante algún tiempo, una partícula indetectable para la tecnología de ese entonces. Wolfgang Pauli, propuso una posible solución: en la desintegración beta se estaba produciendo alguna otra partícula. Una partícula que los científicos no podían ver, pero que se llevaba la energía y el momento que faltaban en la reacción. Esta partícula debía tener una masa minúscula o no tener masa, y no tenía carga.

El echo del por que no podía ser detectada la partícula, repito, es en esencia por ser un fermion del tipo leptónico, Esta partícula "No siente la fuerza nuclear fuerte ni la electromagnética", por lo tanto no es una partícula en la cual, la fuerza que mantiene unidos a los Protones y Neutrones en el núcleo, pueda tener influencia sobre ella y además, sin carga, No la podían desviar con alguna especie de campos eléctricos o magnéticos debido a la ausencia de carga!! Pero bueno... de una manera más técnica podemos contestar la misma pregunta del por que no era detectada si recurrimos a un término que se le conoce como "Sección eficaz". Esto es digamos una probabilidad, una probabilidad de interacción entre partículas. El Neutrino por ejemplo, tiene una sección eficaz muy pero muy reducida; dicho de otra forma: El Neutrino tiene una probabilidad de choque muy, muy baja. Por eso mismo no es tan fácil detectarlo, pasa sin interaccionar con la materia.

Hablando precisamente de esto, un aspecto importante del neutrino es que, nadie lo nota pero exactamente en este momento, mientras lees esta entrada, te atraviesan más o menos unos 200, 000 000 000 000 (docientos billones ) de neutrinos cada segundo. Eso es más o menos unos 70,000 000 000 de neutrinos por segundo en cada centímetro cuadrado en la superficie de la tierra o también unos 90.000.000.000.000.000.000.000.000.000 neutrinos por segundo en toda la superficie de la tierra aproximadamente.

Otro aspecto importante es que para detener la mitad de neutrinos que pudieran entrar en la habitación en la que posiblemente te encuentras ahora mismo, se requiere de una plancha de plomo de más o menos " 1 año luz de espesor". Para quienes no se familiarizan con el término, imaginemos algo como lo siguiente: Pensemos en la posibilidad de que pudieras viajar a la velocidad de la luz; entonces, imagina que en este momento tu sales disparado en cualquier dirección (no importa cual) y viajas durante un año entero medido por ti mismo. Al término del año, te fijas donde estas parado o hasta donde llegaste y mides la distancia recorrida. Si tomamos en cuenta que la velocidad de la luz es aproximadamente 300,000 km/seg. Imaginate ahora viajando a esa velocidad durante un año entero y la distancias que recorras es entonces el espesor de la plancha de plomo. Que piensas de eso eh?

Clyde Cowman y Frederick Reines en 1956 demostraron mediante experimentación que efectivamente existen los neutrinos. Hicieron Incidir un haz de luz sobre agua, notaron la emisión de fotones subsiguiente y aprovaron su existencia.
Los Neutrinos son partículas que poseen "Velocidades Relativistas", esto quiere decir que viajan a velocidades cercanas a las de la luz. A este tipo de partículas se les considera en términos cosmológicos como "Materia Oscura Caliente" Precisamente por poseer velocidades Relativas a la luz.

El neutrino como ya lo hemos comentado con otras partículas, tambièn tiene su "partícula anti" que es el "Anti- Neutrino". De echo, hoy sabemos que la partícula que propuso Pauli para explicar la desintegración de un neutrón en un protón y un electrón(emisión de negatrones) no es un neutrino: es un antineutrino electrónico.
Y por que no? De una buena vez, hablando precisamente de este tema, Es importante saber que no existe únicamente un neutrino sino tres tipos: Uno asociado al electrón y otros dos asociados a otros dos leptones (El muón y el tauón, Dedicaremos una entrada única para cada partícula). Cada neutrino puede tomar parte en las reacciones nucleares en las que aparece su leptón particular.

Por lo tanto, no basta con decir “neutrino”, sino que hay que especificar: existe un neutrino electrónico, un neutrino muónico y un neutrino tauónico (De igual forma existe su contra parte: Una antipartícula para cada uno de los mencionados). Por ejemplo, en la desintegración beta se produce un electrón, de modo que el antineutrino que ahí toma parte tiene que ser un antineutrino electrónico.

Donde la "v" testada simboliza al antineutrino electrónico que estaba en la predicción de Pauli.

Más adelante dedicaremos una o más entradas únicamente para habar de tipos de emisión de partículas; para mi punto de vista es un tema que requiere su tiempo y un interés especial.

Dejaremos esta entrada hasta aquí, pero en la próxima continuaremos hablando de esta misma partícula y de algunos de los aspectos más importantes de esta singular amiga!.Seguramente estimado lector te puedes estar preguntando: Como caramba se forma un neutrino?
Esto y más lo discutiremos en la próxima de las entradas.

Nuestros primeros pasos! -V (Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

FOTÓN (CONTINUACIÓN)

Continuamos nuestro viaje a través de la física de Partículas describiendo al modelo estándar, Hablamos del fotón. Comentabamos que el universo para el fotón es algo que no puede experimentar debido a que no presenta cambio desde que es emitido hasta que es absorbido. Además, La distancia que recorrerías entre los dos átomos medida por ti mismo, debido a la contracción de la longitud, sería exactamente cero.

Otro aspecto interesante sobre el fotón es que, a pesar de no tener masa, si pueden modificar la de la fuente de donde es emitido o bien de quien es absorbido. Precisamente la energía del fotón proviene de esa perdida de masa ( En caso de la emisión). Esto por que?... Recordemos al Maestro Einstein y su equivalencia de la masa con la energía, una perdida de masa se ve reflejada como una liberación de energía y viceversa.

El fotón, es un bosón, es el constituyente de la radiación electromagnética y es el intermediario de la interacción electromagnética. Algunos tienen vidas muy largas, por ejemplo, los emitidos por una estrella que viajan durante miles de millones de años por el espacio. Otros, como los que está emitiendo tu cuerpo ahora mismo por el hecho de tener temperatura (fotones infrarrojos) tienen vidas muy cortas: sólo tardan unos 0,00000001 segundos en desaparecer.

Importante es saber que los fotones libres también pueden ser peligrosos, debido a que, por pensar en algo, te acercas a una fogata y empiezas a notar que te calientas, pero si estos fotones infrarrojos tienen una mayor intensidad, lo verás reflejado cuando empiezas a quemarte.Pero llega un momento en el que un fotón tiene tanta energía que no hace falta una gran intensidad para dañarte: a partir de los fotones ultravioletas, cada fotón tiene tanta energía que puede “descolocar” los ácidos nucléicos de tu ADN, provocando un cáncer.

Piensa en todas las operaciones que se llevan a cabo gracias a los fotones: Respirar (Reacciones Químicas) las interacciones con las partículas para que tu puedas ver este articulo, escribir, las reacciones químicas y una infinidad de cosas se llevan a cabo en este momento en todo el universo sin que te des cuenta de lo que pasa. Pero esto sucede por que el fotón tiene una energía practicamente despreciable mas o menos de 0,0000000000000000001 Julios, con esta energía, no podemos ser concientes de que están por ahí como partículas individuales.

Es maravilloso todo aquello en lo que esta involucrado el fotón no? De una u otra manera estamos en contacto con el y mucho de lo que podemos hacer por ejemplo ver, no lo haríamos si este no existiera.

Con esta entrada terminamos el fotón ( A menos de que surga algo nuevo) y en la próxima, hablaremos de una partícula que mencionamos cuando entramos en la vida del neutrón y esta es una de las partículas más misteriosas hasta hoy: El Neutrino.

Nuestros primeros pasos! - V(Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

EL FOTÓN - (CONTINUACIÓN)

Hoy continuamos con el fotón y algunos de los experimentos en los que se ve involucrado el mismo. Hablábamos del efecto fotoeléctrico.

Comentabamos en la entrada anterior que de acuerdo a lo que se había observado en aquel entonces al momento de tomar un trozo de metal e iluminarlo, se notaba que solamente en ocasiones se podía apreciar dicho efecto, esto debido a que no dependía de la potencia de la luz (Cantidad de cuántos) sino del color de dicha luz (Energía de los cuántos).

De modo que si se iluminaba el metal con digamos una luz roja, por muy potente que esta sea (cuántos que transporta) no se desprenderán electrones, sin embargo, al tomar una luz azul por ejemplo, por muy tenue que esta fuera, producía efecto fotoeléctrico con facilidad.

En 1926 se adoptó para la partícula el nombre de “fotón”, propuesto por Gilbert N. Lewis y que viene del griego “luz”, combinado con la terminación -on que se había usado para el electrón: de modo que un fotón es una “partícula de luz“.

Entendiendo al fotón como una partícula, se puede explicar el efecto fotoeléctrico pero... por ejemplo, que sucedería con la Difracción?. solamente podía ser explicada si atendemos a la luz como una onda. (Posteriormente dedicaremos una entrada completa a la "dualidad onda- corpúsculo).

El fotón, dentro del modelo estándar, es un Boson, esto quiere decir que no es constituyente de la materia sino que está encargado de ser intermediario de las interacciones entre partículas. además tiene un spin entero (En este caso, 1).

Los fotones por ser bosones, pueden tener mismos estados cuánticos, lo cual puede dar lugar a que existan muchos fotones haciendo exactamente lo mismo.

Además, el fotón tiene otras características que lo hacen muy interesante: no tiene carga eléctrica, de modo que no siente la fuerza electromagnética. No tiene masa, por lo que durante cierto tiempo se pensó que no sentía la fuerza gravitatoria (la Teoría de la Relatividad General de Einstein cambió eso, y hoy sabemos que sí la siente, de ahí la existencia de los agujeros negros).

Pero entonces al no tener carga ni masa, que es lo que tiene?

Energía!! energía que la puede transmitir por ejemplo a los átomos para exitarlos. (Como sucede cuando te acercas un foco encendido a tu piel, los fotones chocan con tus átomos exitandolos).

Además, un fotón tiene momento lineal, es decir, es capaz de empujar cosas - esto se puede comprobar con relativa facilidad (por ejemplo, mediante experimentos del Efecto Compton) y, de hecho, algunos diseños de naves espaciales utilizan “velas” empujadas por un láser. Pero, además de energía y momento, un fotón representa cierto orden - dos fotones de frecuencias (”colores”) diferentes no tienen la misma energía ni el mismo momento, de modo que puedes tener una cantidad de energía (o momento) determinada con pocos fotones de gran frecuencia, o con muchos fotones de poca frecuencia.

Los fotones viajan siempre, en el vacío, a la velocidad de la luz (¡de ahí el nombre de la velocidad!). El Universo para los fotones es muy, muy raro... No experimentan el tiempo! literalmente. Es decir, el tiempo subjetivo que experimentan desde que son emitidos por un átomo hasta que son absorbidos por otro, sería igual a cero.

Un fotón no experimenta ningún cambio desde que es emitido por lo tanto es como decir que para el fotón, el universo no es algo que pueda experimentar. Nosotros si lo viéramos desde afuera, sería como verlo congelado durante toda su existencia.

Por hoy dejaremos esta entrada hasta aquí, en la proxima, seguiremos hablando del Fotón y de algunos de sus efectos.

Nuestros primeros pasos! - V (Modelo Estandar - Definicion y Partículas)

EL FOTÓN

Hasta el momento, todas las partículas de las que hemos hablado, son "Fermiones", es decir, partículas que componen todo aquello que nosotros le denominamos "materia" y que tiene la característica de poseer un "Spin semi-entero", por lo tanto, dos partículas no pueden tener el mismo estado cuántico (Como lo habíamos comentado en ocasiones anteriores). Por eso a estas se les conoce con el nombre de "Partículas materiales".

Aunque tal vez no sea lo más conveniente, ¡Vamos a hacer un recuento de lo que hemos estudiado!

Estudiamos en primer lugar a los quarks, que, como habíamos mencionado, son fermiones y logran sentir las fuerzas fundamentales, pero no los podemos tener libres en la naturaleza por un tiempo considerable debido a que tienden a formar partículas más complejas llamadas "hadrones". Pueden estar en grupos de dos (bosones llamados "mesones") y de tres (fermiones llamados "bariones"). Recordar que el electrón no está formado por quarks, es un "leptón", por lo tanto no siente la fuerza nuclear fuerte ( no se encuentra en el núcleo).

En las entradas anteriores hemos hablado de dos de estos bariones (grupos de tres quarks): el protón, que tiene carga positiva, y el neutrón, que tiene carga neutra. Estas dos partículas forman el núcleo de los átomos y por lo tanto se le ha designado el nombre de "Nucleones".

Hablaremos de una partícula que, por lo menos hasta donde sabemos, no está compuesta por otras partículas más simples, hablaremos del "Fotón".

Nota: Dedicaremos más de una entrada a este debido a que involucra algunos otros aspectos que, considero yo son importantes.

Originalmente no tenía este nombre, sino que fue propuesto unos 20 años después de la predicción Teórica del Maestro "Albert Einstein". El los llamaba en un inicio "Cuantos de Energía".

Las ecuaciones de Maxwell daban respuesta de una forma bastante elegante a los fenómenos eléctricos, magnéticos y radiación electromagnética casi a la perfección.

De acuerdo con estas ecuaciones, se podía notar que la Luz (Radiación electromagnética) tenía carácter de onda. Esto concordaba con diversos experimentos anteriores, como la existencia de interferencia y difracción demostradas por Young y otros. La energía que llevaba, por ejemplo, un rayo luminoso, era dependiente de su intensidad. Es decir, si yo tengo una linterna con una bombilla poco potente y otra con una bombilla más potente, la energía de la segunda es mayor que la de la primera y eso es lo único que determina los procesos involucrados con la luz.

Esto es lo que dio pauta para empezar con la Física cuántica, pero en esta ocasión nos centraremos en un experimento en particular: "El efecto Fotoeléctrico" (Más adelante considero yo importante, hablar puramente de este efecto). Para ese entonces ya se sabía mediante la experimentación que si se tomaba un trozo de metal y se iluminaba, de vez en cuando la luz desprendía electrones y se producía electricidad. "Pero esto no Ocurría siempre".

Supongamos que si yo tengo el trozo de metal y lo ilumino con un pequeño foco, no suceda el efecto fotoeléctrico, o puede que suceda si en vez de ese pequeño foco colocamos una bombilla más potente, pero no! Si no sucedía en ese momento, no volvería a suceder jamás!

Esto es efectivamente lo que tenía a los Físicos de la época vueltos locos.

Sin embargo, tiempo después de estudiar profundamente el efecto, notaron que si se toma un trozo de metal (Una vez más) y se ilumina con una luz roja, por muy potente que esta fuera no se producía el efecto, por el contrario si se tomaba una luz azul y se repetía el experimento aunque esta fuera poco potente no dejaba de desprender electrones, aunque no en la misma cantidad que si se tuviera una bombilla del mismo color más potente.

La solución al problema la dio considero yo el "Siempre genial Albert Einstein". presento la teoría de una forma elegante y certera; La luz, según Einstein, estaba formada por partículas puntuales llamadas “cuantos de luz” (Como ya habíamos mencionado.Esto decía a los físicos que el el electrón tenía cierta energía que dependía de la frecuencia de la luz y no de lo potente que fuera la misma. Es decir, la potencia solamente ayudaba con un mayor numero de cuántos, pero no con mayor energía!!