¿ De qué está hecha la materia ?

El espíritu científico del hombre se ha desarrollado, por curiosidad o por interés, a través del deseo de conocer de qué está hecha a materia que constituye el mundo en que vivimos.
Desde el siglo V a.C. la respuesta es que el mundo está hecho de átomos. Fueron los filósofos griegos  Leucippo de Mileto y su discípulo Demócrito de Abdera quienes originaron la filosofía atómica, introduciendo la noción de un constituyente último de la materia, que denominaron átomo (es decir, indivisible en la lengua griega). Demócrito creía que los átomos eran uniformes, sólidos, duros, incompresibles e indestructibles y que se movían en número infinito por el espacio vacío; según sus ideas, las diferencias de forma y tamaño de los átomos determinaban las propiedades de la materia.
Sin embargo, no se generó el concepto por medio de la experimentación sino como una necesidad filosófica que explicara la realidad, ya que, como proponían estos pensadores, la materia no podía dividirse indefinidamente, por lo que debía existir una unidad o bloque indivisible e indestructible que al combinarse de diferentes formas creara todos los cuerpos macroscópicos que nos rodean.
El primer modelo atómico con bases científicas, fue formulado en 1808 por John Dalton, quien todavía  imaginaba a los átomos como diminutas esferas.
El químico ruso Dmítri Ivánovich Mendeléyev creó en 1869 una clasificación de los elementos químicos en orden creciente de su masa atómica, remarcando que existía una periodicidad en las propiedades químicas.
Fueron necesarios más de 2000 años antes que los físicos modernos comprendieran que el átomo es divisible, y que no es ni duro, ni sólido, ni inmutable. Desde comienzos del siglo XX se sabe que el centenar de átomos diferentes que constituyen la materia conocida están compuestos de otros constituyentes más elementales organizados en un núcleo y una corteza. Que el núcleo lo forman protones (descubiertos en 1918 por Rutherford) y neutrones (descubiertos por Chadwick en 1932). Y que la corteza está compuesta por  electrones (descubiertos por Thomson en 1897). En esas fechas se volvió a pensar que protones, neutrones y electrones eran realmente los constituyentes últimos de la materia.
Desde esas fechas, los científicos han seguido investigando cuáles son los constituyentes más elementales de la materia que se compone el universo y cómo esos constituyentes se mantienen juntos. Es decir, cuales son "los ladrillos" y "el cemento" de este edificio que es el universo en el que vivimos.
La búsqueda de respuestas a estas preguntas ha requerido la construcción de gigantescos aceleradores de partículas y ha significado una de las aventuras intelectuales más importantes del siglo XX. Para ello hubo que apartarse de la Mecánica Clásica de Newton y construir los tres pilares básicos de la física moderna:

• la Mecánica Cuántica
• la Teoría de la Relatividad Especial (espaciotiempo)
• la Teoría de la Relatividad General (gravitación)

Con todo este bagaje se ha llegado a la conclusión de que protones y neutrones estaban a su vez formados por otras partículas mas elementales que se han denominado quarks. Hay 6 tipos de quarks que reciben los nombres de: arriba, abajo, encanto, extraño, cima y fondo. Pues bien, el protón esta constituido por dos quarks arriba y un quark  abajo y el neutrón por dos quarks abajo y un quark arriba.
En cambio, los electrones si se han confirmado como constituyentes elementales de la materia. Pero se han encontrado otras partículas elementales que guardan una cierta analogía con los electrones, denominados neutrinos. A este grupo de electrones y neutrinos se le denominan leptones.
En resumen, el estado actual de los conocimientos nos permiten afirmar que:

• "los ladrillos" con los que está hecha toda la materia que conocemos son un reducido número de partículas  elementales denominados quarks y leptones.
• y que "el cemento" que une esas partículas consiste en cuatro fuerzas elementales, que sorprendentemente actúan mediante el intercambio de otras partículas elementales denominadas bosones que transportan dichas fuerzas. Los bosones están compuestos por un quark y un antiquark.

Las 4 fuerzas elementales citadas son:

• La fuerza gravitacional, que es una fuerza atractiva de baja intensidad (relativa) pero de largo alcance que conforma la estructura del universo. La gravedad nos mantiene a todos pegados a La Tierra, La Tierra girando alrededor del Sol y el Sistema Solar girando alrededor de la galaxia. El bosón que transporta esta fuerza es una partícula hipotética (todavía no se ha encontrado) denominada gravitón.
• La fuerza electromagnética, que es una fuerza atractiva o repulsiva de muy alta intensidad y de largo alcance que mantiene a los electrones alrededor del núcleo, produce los efectos electrostáticos, las corrientes eléctricas y los atracciones magnéticas y causa la propagación de las ondas electromagnéticas alrededor de La Tierra y a través de todo el universo. El bosón que transmite la fuerza electromagnética es el fotón.
• La fuerza nuclear fuerte, que es una fuerza de alta intensidad y muy corto alcance que mantiene unidos a los quarks dentro de los protones y neutrones y a estos los mantiene unidos dentro de los núcleos atómicos. El bosón que transporta la fuerza nuclear fuerte recibe el nombre de gluón.
• La fuerza nuclear débil, que es una fuerza de poca intensidad y muy corto alcance que causa la desintegración de los núcleos radiactivos en los que un protón se convierte en un neutrón o viceversa. Esta fuerza se transmite por tres bosones denominados W⁺,W^- y Z.

Las dos primeras fuerzas (gravedad y electromagnética) se observan macroscópicamente por lo que tenemos de ellas una percepción sensorial. Las otras dos, interacciones nucleares, como sus nombres indican no son directamente observables porque solo actúan dentro de los núcleos atómicos o entre las partículas subatómicas.

Juan Rojas