EL ELECTRÓN

“Todos los que trabajamos en física cuántica creemos en la realidad del mundo cuántico,

y en la realidad de las entidades cuánticas como los electrones y protones“

John Polkinghorne

Héctor Rago

De las diversas partículas que forman el mundo subatómico el electrón es sin duda la más conocida. Su historia traza la silueta de buena parte de la física contemporánea y está en el centro de la sofisticada tecnología del mundo moderno. Las preguntas que se formulan los físicos sobre la naturaleza del electrón tocan los aspectos más fundamentales de la realidad.
Un trozo de ámbar frotado se carga eléctricamente porque adquiere electrones extra. Viajan por los cables de los circuitos eléctricos y encienden bombillos. El electrón es cotidiano. Pero conocer mejor sus intimidades, ha requerido del vaivén entre delicados experimentos y complejas teorías de la materia.

Fue J. J. Thompson en 1897 quien haciendo experimentos con rayos catódicos, determinó que el electrón es un corpúsculo con la mínima carga negativa existente en la naturaleza. La primera partícula fundamental había sido descubierta. Supo también que los electrones estaban en los átomos de todos los elementos. Como los átomos son neutros, sus experimentos sugerían la existencia de partículas con carga positiva: los protones. Mediciones posteriores habrían de determinar su masa y su carga eléctrica.
Los experimentos de Rutherford sugirieron la imagen del átomo como un minúsculo sistema solar: un núcleo pesado compuesto por protones y neutrones rodeado de electrones livianos que giran a su alrededor atraídos por la fuerza eléctrica.

Pronto fue obvio que esta imagen del átomo era demasiado ingenua e inexacta. Una partícula cargada sobre la que actúa una fuerza, emite radiación, pierde energía y la materia sería inestable. Pronto fue obvio que a las escalas tan pequeñas como las del átomo, donde no llegan nuestros sentidos y nuestra intuición resulta inútil, se requerían nuevas leyes para describir la realidad. Y una generación de jóvenes físicos construyeron la física cuántica, y promulgaron las leyes que nos permitieron entender los fenómenos donde el electrón es el protagonista.

Niels Bohr descubrió reglas para las órbitas privilegiadas donde puede estar el electrón de manera estable, y cuando pasa de una órbita a otra, emite o absorbe un fotón de energía muy precisa: el enigma de las líneas espectrales quedaba resuelto.
A comienzos de los años veinte del siglo pasado, Louis D´Broglie propuso que el electrón tenía propiedades ondulatorias, y muy pronto se confirmaría que el electrón se difracta al igual que la luz.
En 1926 Erwin Schrödinger consiguió la ecuación fundamental de la física cuántica y Werner Heisenberg estableció el principio de incertidumbre: las probabilidades irrumpían de una manera definitiva y fundamental en la descripción de la realidad física. La artillería conceptual para entender al electrón y al micromundo estaba afinándose cada vez más.
Wolfgang Pauli estableció el principio de exclusión: dos electrones no pueden estar en el mismo estado, y los orbitales de la química se hicieron inteligibles.
El electrón fue protagonista en la brillante anticipación teórica que condujo al descubrimiento de la antimateria: Paul Dirac diseñó para describir el electrón, una ecuación que combinaba la relatividad con los preceptos cuánticos. La solución matemática de esta ecuación predecía la existencia de otra partícula idéntica al electrón pero de carga eléctrica positiva. En 1932 el antielectrón o positrón fue detectado en rayos cósmicos. La humanidad había hallado la primera partícula de antimateria.

El electrón posee además de su masa y de su carga eléctrica, una propiedad intrínseca denominada espín.
Las teorías más recientes del electrón son tan asombrosamente precisas, que describiendo la interacción del espín del electrón con el vacío, la diferencia entre el valor teórico y el valor observado es de apenas una parte en 1.500 millones.

Cotidiano y a la vez exótico, el electrón forma parte de nosotros y del universo. Se ha dejado conocer, pero aún nos oculta secretos fundamentales. No sabemos porqué tiene la carga eléctrica que medimos, ni porqué tiene la masa que tiene. Pero sabemos que nuestro universo sería absurdamente distinto si tuviese otros valores.

@hectorrago

___________________________________________________________

En la musicalización se escucha:

1.- Believe – Simon Green, (Bonobo), 2006.

2.-Mr. Scruff, Jazz Potato, Pleasure Music – 1997

3.- Blue in Green, Album Kind of Blue, Miles Davis, 1959

4.- Cuarteto de cuerdas No. 3 by Béla Bartók, 1927.

______________________________________________________________