Parlem de ciència? (4) – Reflexions

38

Després dels molt breus resums de la teoria de la relativitat, (l’anomenada especial de 1905 i lageneral de 1915), que vaig exposar el mes de setembre passat, i els estranys fenòmens estudiats per la teoria quàntica o mecànica quàntica explicats els mesos d’octubre i novembre, em proposo de continuar avui les “Reflexions”dedicades a ciència del segle XX. Parlaré de les partícules que formenl ’univers, però, per no fer-ho massa llarg, hauré de deixar part del’explicació per al mes vinent.

De què està fet tot el que ens envolta? Què fa que hi hagi persones i pedres i arbres i planetes, i no una confusió indestriable? Aquestes preguntes han acompanyat l’home des dels seus orígens. Al segle xx es va anar descobrint (en teoria i experimentalment) que els constituents més petits de la matèria són un conjunt de partícules elementals (és a dir, indivisibles), que interactuen a través de diversos tipus de forces. A la teoria que explica com funciona tota aquesta“maquinària”, i que representa la visió del món de la física d’avui dia, sel’anomena model estàndard. No obstant això, no és ni de bon tros una teoria definitiva, cada dia hi ha novetats. Aviso al lector que és una història complicada.

Fa uns cent anys, encara es parlava de l’àtom (que en grec vol dir “indivisible”) com de la part més petita de matèria a què es podia arribar. Cada àtom conegut tenia un símbol, així hidrogen = H, oxigen = O, nitrogen = N, plata = Ag, etc. Algunes matèries només estaven formades per una classe d’àtoms (hidrogen, oxigen,nitrogen, plata, etc) i d’altres eren compostes de diferents àtoms (aigua,sorra, aspirina, etc). Així, per exemple, en el cas de l’aigua, la quantitat més petita que se’n podia trobar era una molècula, la qual estava formada per dos àtoms d’hidrogen (H) i un àtom d’oxigen (O), i es representava (H2O).

Tot això encara és vigent,però ara és més complex. Noves recerques varen fer evident que l’àtom, en contra de la seva denominació grega, era divisible, i que estava format per altres partícules més petites. Aquestes partícules es podien representar enforma d’una mena de sistema planetari, amb un nucli al centre i unes partícules que giren al voltant. Formen el nucli els protons (que porten càrrega elèctrica positiva) i els neutrons (sense càrrega), i les partícules que segons aquest model giren al voltant són els electrons (amb càrrega negativa).

En un àtom el nombre d’electrons iguala el de protons, de manera que les càrregues elèctriques dels uns i altres s’equilibren. Cada àtom de cada matèria (hidrogen,plata, plom,etc) es diferencia d’un altre pel nombre diferent de protons, neutrons ielectrons. La força electromagnètica entre els electrons i el nuclia tòmic és responsable de l’estructura atòmica i, per tant, de totes les propietats químiques, biològiques, etc., és a dir, de tot el que ens envolta.

Avui sabem que aquesta descripció era molt incompleta. Es va començar a fer més complexa l’any 1928,quan Paul Dirac va pronosticar teòricament l’existència de l’antimatèria, és a dir, que tota partícula ha de tenir la corresponent antipartícula amb propietats idèntiques i càrrega oposada. Quatre anys més tard es descobria el positró (l’antielectró), i encara força anys més tard es detectarien l’antiprotó i l’antineutró.

Per acabar-ho de complicar,l’any 1930 Wolfgang Pauli va predir l’existència del neutrí per explicar el fenòmen de la radioactivitat, on un neutró es desintegra en un protó i unelectró, o un protó es transforma en un neutró i un positró. Hi intervé una força de molt baixa intensitat que rep el nom deforça feble. Els neutrins no tenen càrrega elèctrica i la seva massa és molt pròxima a zero. Cada segon, milions de milions de neutrins solars travessen el nostre cos sense que les nostres cèl·lules notin, afortunadament, la seva presència. De fet Pauli pensava que mai ningú no seria capaç de detectar un neutrí, i es va enganyar. La primera observació d’un antineutrí es va fer als anys cinquanta, col·locant un detector en una barraca al costat d’un reactor nuclear que produïa un gran nombre de neutrons.

Als anys quaranta van aparèixer el muó (de la lletra grega mu) i el pió (de la lletra pi), i el 1975 es va descobrir el tauó (de la lletre tau). El muó i el tauó són idèntics a l’electró, però molt més pesants (200 i 3.000 vegades més), són inestables, i acaben transformant-se en electrons. I per a més complexitat, també el neutrí (electrònic) té dos cosins: el neutrí muònic i el neutrí tauònic (la primera observació directa del neutrí tauònic s’ha produït recentment).

Però només som a mitja pel·lícula. El mes vinent continuaré.

Repàs:

Els que vulgueu repassar de forma distreta els meus articles anteriors sobre les teories de la relativitat i la mecànica quàntica, us recomano que cliqueu les adreces que poso a continuació, o d’altres que hi trobareu relacionades:

 

http://www.youtube.com/watch?v=3dPi5hIWlkM&feature=relate

http://www.youtube.com/watch?v=x53UGGB7XMI