El secreto del universo (3 page)

Pero entonces surgieron las complicaciones. Cuando se hizo chocar las partículas entre sí con la suficiente energía como para que se produjeran interacciones fuertes, se detectó la presencia de nuevas partículas nunca observadas hasta entonces y que se creaban durante este proceso.

Algunas de estas nuevas partículas (observadas por primera vez en 1950) asombraron a los científicos al comprobar que tenían una gran masa. De hecho, su masa era claramente mayor que la de los neutrones o los protones, que hasta entonces eran las partículas con mayor masa que se conocían.

Estas partículas supermasivas se llaman «hiperones».

Hay tres tipos de hiperones, que se designan con los nombres de tres letras griegas. Están las partículas
lambda
, que son alrededor de un 12 por 100 más pesadas que el protón; las partículas
sigma
, alrededor de un 13 por 100 más pesadas, y las partículas
xi
, alrededor de un 14 por 100 más pesadas.

Existían razones teóricas para sospechar que hay un par de partículas
lambda
, tres pares de partículas
sigma
y dos pares de partículas
xi
. Se diferencian unas de otras en la naturaleza de su carga eléctrica y en el hecho de que una partícula de cada par es una «antipartícula». Uno tras otro, cada uno de estos hiperones fue detectado en experimentos realizados en cámaras de burbujas; la última fue la partícula
xi
-cero
, detectada a principios de 1959. La lista de hiperones estaba completa
.

Sin embargo, los hiperones en conjunto resultaron ser unas pequeñas criaturas muy extrañas. No duraban mucho tiempo, sólo fracciones de segundo increíblemente pequeñas. Pero los científicos consideraban esta duración extremadamente larga, ya que en su descomposición intervenían fuerzas nucleares y, por tanto, ésta tendría que producirse en un intervalo de tiempo de algunos fermis-luz.

Pero no era así. Hasta el más inestable de los hiperones, la partícula
sigma-cero
, dura al menos una trillonésima de segundo. Dicho así, parece un periodo de tiempo bastante corto, o al menos, no lo bastante largo como para que dé tiempo para aburrirse. Pero cuando expresamos este intervalo de tiempo en unidades-luz en lugar de las unidades convencionales, descubrimos que una trillonésima de segundo equivale a 30.000 fermis-luz.

¡Demasiado tiempo!

Y aun así, 30.000 fermis-luz es un tiempo de vida extraordinariamente corto para un hiperón. El resto, incluyendo la partícula
xi
-cero descubierta hace poco, tienen una vida media de alrededor de 30.000.000.000.000 fermis-luz, o 30 milímetros-luz.

Dado que las fuerzas nucleares que provocan la descomposición de los hiperones tienen una duración al menos diez mil billones de veces mayor que el intervalo de tiempo necesario para su formación, esas fuerzas tienen que ser más débiles en esa misma medida que las que intervienen en las interacciones fuertes. Naturalmente, se dice que estas nuevas fuerzas intervienen en las interacciones débiles, y son verdaderamente débiles, hasta casi un billón de veces más débiles que las fuerzas electromagnéticas.

En realidad, las nuevas partículas que tomaban parte en las interacciones débiles fueron llamadas «partículas extrañas», en parte por esta razón, y con ese nombre se han quedado. Ahora se atribuye a cada partícula un «número de rareza», que puede ser +1, 0, –1 o -2.

A las partículas ordinarias, como el protón y el neutrón, les corresponde el número 0; a las partículas
lambda
y
sigma
el número –1, a las partículas
xi
el –2, y así sucesivamente. Todavía no está claro del todo cuál es el significado exacto del número de rareza; pero es posible utilizarlo ahora e intentar descubrirlo más adelante.

Las trayectorias y actividades de los distintos hiperones (y también del resto de las partículas subatómicas) producen determinados efectos en las moléculas con las que entran en colisión. Por lo general, una colisión de este tipo provoca el desprendimiento de uno o dos electrones de las moléculas de aire. Lo que queda de la molécula después de la colisión es un ión con carga eléctrica.

Un ión resulta un centro mucho más eficaz —alrededor del cual se puede formar una gotita de agua— que la molécula original sin carga eléctrica. Si una partícula en movimiento colisiona con las moléculas de una muestra de aire saturada de vapor de agua (como ocurre en la cámara de ionización de Wilson), cada ión producido se convierte inmediatamente en el centro de una gotita de agua o de gas, respectivamente. La partícula en movimiento, por tanto, va marcando su trayectoria con una delicada línea de gotas de agua. Cuando la partícula se descompone en otras dos, que se alejan siguiendo dos direcciones diferentes, la línea de agua lo revela al dividirse, dibujando una Y.

Todo esto ocurre de manera instantánea desde el punto de vista de la percepción humana. Pero una serie de fotografías de los recorridos resultantes permitirá a los físicos nucleares deducir cuál es la cadena de acontecimientos que produjeron los diferentes modelos de trayectorias.

Únicamente las partículas subatómicas con carga eléctrica pueden golpear eficazmente un electrón y llevarlo fuera de los limites de la molécula a la que pertenecía. Por esta razón sólo es posible seguir las trayectorias de gotitas de agua de las partículas con carga eléctrica. Y también por esta razón, en cualquier tipo de partículas, las variedades sin carga eléctrica o neutras son siempre las últimas en ser detectadas.

Por ejemplo, el neutrón, que no tiene carga eléctrica, fue descubierto dieciocho años después del descubrimiento del protón, una partícula parecida, pero cargada eléctricamente. Y en el caso de los hiperones, el último en ser descubierto fue el
xi
-cero
, una de las variedades neutras. (El cero significa «carga cero».
)

Pero las partículas neutras pueden ser detectadas gracias a la ausencia de rastros. Por ejemplo, la partícula
xi–
;cero se formó a partir de una partícula con carga eléctrica, y finalmente se descompone formando otro tipo de partícula con carga eléctrica. En la fotografía que, por fin, dio en el blanco (se examinaron unas setenta mil fotografías), había líneas de gotitas separadas por una significativa brecha. Esa brecha no podía estar ocupada por ninguna de las partículas sin carga eléctrica conocidas, porque todas ellas habrían producido una brecha de un tipo diferente o una secuencia de acontecimientos distinta al final de cada brecha. La única partícula que encajaba era la
xi
-cero, y de esta manera tan negativa fue descubierta la última partícula.

¿Y dónde encajan en todo esto las unidades-luz que he propuesto? Pues bien, tengamos en cuenta que una partícula que se desplace a casi la velocidad de la luz es capaz de recorrer, si su vida media es de unos 30 milímetros-luz, 30 milímetros antes de descomponerse.

Una cosa implica la otra. Utilizando las unidades convencionales, se puede decir que una línea de gotitas de agua de una longitud aproximada de 30 milímetros supone una vida media de aproximadamente una billonésima de segundo (o viceversa), pero no existe una relación evidente entre los dos valores numéricos. Decir que una trayectoria de 30 milímetros implica una vida media de 30 milímetros-luz es igualmente cierto, y establece una relación mucho más estrecha. Una vez más, igual que ocurre con las distancias astronómicas, la utilización de la velocidad de la luz hace posible que un número exprese al mismo tiempo la distancia y el tiempo.

Un grupo de partículas que hizo su aparición antes que los hiperones es el de los «mesones». Se trata de partículas de peso medio, más ligeras que los protones y neutrones, pero más pesadas que los electrones. (Y de ahí su nombre, tomado de una palabra griega que significa «medio».)

También de estas partículas se conocen tres variedades. Las dos variedades más ligeras también se distinguen con diferentes letras griegas. Son los mesones
mu
, descubiertos en 1935, de masa equivalente a unas 0,11 veces la del protón, y los mesones
pi
, descubiertos en 1947, de masa equivalente a unas 0,15 veces la del protón. Por último, a principios de 1949 se descubrieron diversos tipos de mesones anormalmente pesados, los mesones K, cuya masa equivale a unas 0,53 veces la del protón.

En conjunto, los mesones son menos inestables que los hiperones. Sus vidas medias son más largas. Mientras que el más estable de los hiperones tiene una vida media de sólo 30 milímetros-luz, las vidas medias de los mesones oscilan normalmente entre ese valor y 8.000 milímetros-luz para los mesones
pi
que tienen carga eléctrica, hasta 800.000 milímetros-luz para los mesones
mu
.

A estas alturas la cifra de 800.000 milímetros-luz ya debe de darles la impresión de constituir una vida media verdaderamente muy larga, así que me limitaré a recordarles que, en unidades convencionales, equivale a 1/400.000 de segundo.

Un intervalo de tiempo muy breve para nosotros, pero larguísimo a escala nuclear.

Sólo el mesón K está clasificado como partícula extraña. A los mesones K-plus y K-cero les corresponde el número de rareza +1, y al mesón K-menos el –1.

Entre paréntesis, las interacciones débiles abrieron no hace mucho la puerta a una nueva revolución en la física.

Aproximadamente durante los primeros ocho años después de su descubrimiento, las interacciones débiles no parecían ser otra cosa que unos desconcertantes estorbos. Pero en 1957, después de ciertas investigaciones relacionadas con estas reacciones, se demostró que la «ley de conservación de la paridad» es aplicable a todos los procesos que tienen lugar en la naturaleza.

No voy a entrar en detalles; basta quizá con decir que esta demostración dejó anonadados a los físicos; que los dos jóvenes estudiantes chinos que dieron con ella (el mayor tenía treinta y tantos años) fueron rápidamente galardonados con el premio Nóbel, y que, aparentemente, se están abriendo perspectivas totalmente nuevas en la teoría nuclear a consecuencia de su descubrimiento.

Aparte de los mesones y los hiperones, sólo se conoce otra partícula inestable: el neutrón. El neutrón es estable en el interior del núcleo atómico; pero cuando se encuentra aislado, se descompone para formar un protón, un electrón y un neutrino. (Por supuesto, las antipartículas como los positrones y los antiprotones son inestables en el sentido de que reaccionan con los electrones y los protones respectivamente. En circunstancias ordinarias, esto ocurre en una millonésima de segundo aproximadamente. Sin embargo, si estas antipartículas se encontraran aisladas, se mantendrían en su estado actual eternamente, y eso es lo que significa estabilidad en este contexto.)

La duración media de la descomposición del neutrón es de 1.010 segundos (aproximadamente 17 minutos), y este tiempo es aproximadamente mil millones de veces más largo que el de la duración media de descomposición de cualquier otra partícula.

En unidades-luz, la vida media de un neutrón sería de 350.000.000 kilómetros-luz. Es decir, si cierto número de neutrones se movieran a la velocidad de la luz, recorrerían 350.000.000 kilómetros (la órbita de la Tierra de un extremo al otro y un poquito más) antes de que la mitad de ellos se hubiera descompuesto.

Naturalmente los neutrones, tal como los utilizan los científicos, no se desplazan ni mucho menos a la velocidad de la luz. De hecho, los neutrones que resultan de especial utilidad para desencadenar la fisión del uranio se mueven muy despacio; su velocidad de desplazamiento no es mayor que la de las moléculas de aire. Su velocidad aproximada es de una milla por segundo.

Incluso a una velocidad tan lenta, una corriente de neutrones recorrerá mil millas (1.609 kilómetros) antes de que la mitad de ellos se haya descompuesto. Y en esas mil millas pueden ocurrirles muchas otras cosas. Por ejemplo, si se están desplazando a través de uranio o plutonio, es posible que sean absorbidos por sus núcleos y que desencadenen la fisión. Y que contribuyan a la creación del mundo en que vivimos hoy en día, desconcertante y peligroso, pero también apasionante.

NOTA

Por supuesto, mis artículos científicos preferidos son aquellos que se salen de lo corriente de una forma u otra. El hecho de informar sencillamente sobre algún aspecto de la ciencia puede resultar útil e interesante, y, en ocasiones, me contento con eso. Sin embargo, cuando puedo presentar algo de una manera original —o que a mí me parece original—, me siento mucho más realizado, como le pasaría a cualquiera, ¿no?

Como afirmaba en la primera frase del artículo anterior, estaba presentando algo nuevo, un método para expresar períodos de tiempo ultracortos de manera que fueran más comprensibles y útiles. Me sentía muy orgulloso de mi mismo por ello, y en los treinta años transcurridos desde entonces no he recibido ninguna carta para informarme que, en realidad, esta idea ya había sido propuesta hacia muchos años. Así que
sigo
pensando que se trata de algo original.

Pero durante estos últimos treinta años tampoco nadie ha adoptado mi idea. Su utilidad sigue estando limitada al artículo que acaban de leer. Una pena, ya que sigo considerándola una gran idea, y lo que más me molesta es que un día de éstos se le volverá a ocurrir a alguien, y entonces empezará a utilizarse y nadie se acordará de que a mí se me ocurrió primero.

Y a propósito, por supuesto mi explicación de las partículas subatómicas ya está totalmente anticuada.

En un artículo titulado «Esas ideas disparatadas» (aparecido en la revista
Fact and Fancy
), dejé caer descuidadamente una nota a pie de página en la que afirmaba que
e
^πi
= –1. Con el resultado de que gran parte de los comentarios que recibí después de eso no se ocupaban del contenido del artículo, sino de esa nota. (Un lector, más entristecido que enfadado, demostró esta igualdad, cosa que yo había desdeñado hacer.
)

Llegué a la conclusión de que algunos lectores sienten interés por estos extraños símbolos. Como yo también lo siento (no obstante no ser matemático, ni ninguna otra cosa), sentí el impulso irresistible de elegir uno de ellos, por ejemplo
π
, y escribir sobre él.

En primer lugar, ¿qué es π? Bueno, se trata de la letra griega
pi
, y representa la relación entre la longitud del perímetro de un círculo y su diámetro. «Perímetro» viene del griego
perimetron
, que quiere decir «la medida de alrededor», y «diámetro» viene del griego
diametron
, que quiere decir «la medida a través». Por alguna oscura razón, mientras la palabra «perímetro» se suele utilizar para los polígonos, cuando se trata de círculos se suele utilizar la expresión latina «circunferencia». Supongo que esto es correcto (no soy un purista), pero tiende a oscurecer la razón de la existencia del símbolo
π
.