Article

8 partícules subatòmiques que hauríeu de conèixer

top-leaderboard-limit '> Una pissarra al CERN coberta d'equacions de física teòrica per Alberto Ramos, company de física teòrica del CERN, i el físic Antonio Gonzalez-Arroyo de la Universitat Autònoma de Madrid, fotografiat el 19 d'abril de 2016. Crèdit de la imatge: Dean Mouhtaropoulos / Getty Imatges

Bòsons, leptons, hadrons, gluons: sembla que hi ha un veritable zoo de partícules subatòmiques, i se us pot perdonar que barregeu ocasionalment els vostres quarks i els vostres squarks (sí, els squarks són una cosa real o, almenys, una cosa possible) . La llista següent no és un catàleg complet del que hi ha; més aviat, és una mena de kit d’inici, una combinació de les partícules més importants —i més estrambòtiques— que conformen el nostre univers. La llista va aproximadament en ordre, des de les partícules que heu après a la classe de física de l’institut fins a entitats més exòtiques que, per ara, són poc més que parpelleigs als ulls dels físics teòrics.

1. ELECTRÓ: DONADOR DE QUÍMICA I ELECTRICITAT

Tot i que els protons i els neutrons (i els seus quarks constituents) donen força als àtoms, és el seu entorn d’electrons molt més lleugers el que determina la forma en què els àtoms s’uneixen per formar molècules; en una paraula, són els electrons els que ens donen química. (Penseu en una molècula d’aigua com dos àtoms d’hidrogen i un àtom d’oxigen que han elaborat un acord de custòdia conjunta per als seus deu fills electrònics.) Aprendre a manipular electrons ha estat un dels majors triomfs científics de la història. A finals del segle XIX, vam aprendre a controlar el flux d’electrons dels cables: l’electricitat! (Curiosament, mentre l’electricitat viatja a la velocitat de la llum, els mateixos electrons només es mouen un parell de peus a l’hora.) Unes dècades més tard, vam descobrir com disparar un flux d’electrons a una pantalla fosforescent dins d’un tub de buit: voila, televisió.

2. FOTÓ: PORTADOR ELECTROMAGNÈTIC DE RADIACIÓ

La naturalesa de la llum va desconcertar científics i filòsofs des de temps remots. Alguns pensadors van insistir que la llum es comportava com una ona; altres (el més famós Isaac Newton) van dir que la llum estava formada per partícules. A principis del segle XX, Albert Einstein va demostrar que Newton anava pel bon camí, descobrint que la llum està 'quantificada', és a dir, feta de partícules discretes (tot i que també es pot comportar com una ona). A diferència dels electrons i els quarks (vegeu més avall), els fotons no tenen cap 'massa de repòs', és a dir, no pesen res, en el sentit quotidià de la paraula. Però els fotons encara tenen energia. Aquesta energia resulta ser proporcional a la freqüència de la llum, de manera que la llum blava (freqüència més alta) transporta més energia per fotó que la llum vermella (freqüència més baixa). Però els fotons porten més que la llum visible; transmeten totes les formes de radiació electromagnètica, incloses les ones de ràdio (amb freqüències molt més baixes que la llum visible) i els rajos X (amb freqüències molt més altes).

quant viuen els gossos grans

3. QUARK: VOSTÈ, ME, BOLA DE GOLF, ESTRELLA, GALAXIA

Els quarks són els elements que formen la majoria de les coses conegudes i reals de l’univers: tu i jo, estrelles i planetes, pilotes de golf i galàxies. Els quarks s’atrauen entre ells a través de l’anomenada força nuclear forta per formar protons i neutrons, que formen els nuclis dels àtoms. (Almenys les parts visibles. Més sobre això més endavant.) De fet, a causa de les peculiaritats de les regles de la mecànica quàntica, només poden existir dins d’aquestes bèsties més grans i compostes; mai no podem veure un quark tot sol. Tenen sis 'sabors' (sí, una altra cosa de la mecànica quàntica): amunt, avall, estrany, encant, superior i inferior. D’aquests, els quarks amunt i avall són els més estables, de manera que són aquests dos, en particular, de què es compon la majoria de les “coses” (les altres només poden existir en condicions més exòtiques). Proposat per primera vegada als anys seixanta, el model de quark ha estat confirmat des de llavors per milers d’experiments, que van culminar amb el descobriment del quark superior al Fermilab el 1995.

4. NEUTRINO: CREMALLERA, AMB UN TIT DE MISSA ADOLESCENT

Els neutrins són partícules esquives i molt lleugeres que amb prou feines interactuen amb la matèria. Recorren la matèria tan sense esforç que, durant molt de temps, els físics es van preguntar si podrien tenir massa de repòs nul, com els fotons. Teoritzats per primera vegada per Wolfgang Pauli el 1930, van ser detectats a la dècada de 1950, però només els darrers decennis els físics van poder demostrar que els neutrins tenen, de fet, una quantitat de massa petita. (El Premi Nobel de Física del 2015 va ser per a dos físics els experiments dels quals van ajudar a precisar algunes de les peculiars propietats del neutrí.) Tot i que els neutrins són petits, també són omnipresents; uns 100 bilions de neutrins, creats al centre del Sol (la font principal més propera), passen pel cos cada segon. (I no importa si és de nit; les petites partícules passen per la Terra com si ni tan sols hi fossin.)

animals que han evolucionat en els darrers 100 anys

5. HIGGS BOSON: PROVEIDDOR DE MASSA POTENCIAL

Sobrenomenat la 'partícula de Déu' per Leon Lederman el 1993, el bosó de Higgs s'ha convertit en el més famós de totes les partícules dels darrers anys. Postulat per primera vegada als anys seixanta (per Peter Higgs i per diversos físics, que treballaven independentment), finalment va ser llançat al Gran Col·lisionador d’Hadrons, prop de Ginebra, el 2012. Per què tot el rebombori sobre els Higgs? La partícula havia estat l'última peça de l'anomenat 'model estàndard' de la física de partícules a mostrar-se. El model, desenvolupat a partir dels anys seixanta, explica com operen totes les forces conegudes, a excepció de la gravetat. Es creu que el Higgs té un paper especial dins d’aquest sistema, dotant de massa a les altres partícules.

6. GRAVITÓ: ÚLTIMA PECA DEL PUZZLE DE TEORIA DEL CAMP QUÀNTIC

El gravitó (si existeix) seria un 'portador de força', com el fotó. Els fotons “medien” la força de l’electromagnetisme; els gravitons farien el mateix per a la gravetat. (Quan un protó i un electró s’atrauen mútuament mitjançant electromagnetisme, intercanvien fotons; de la mateixa manera, dos objectes massius que s’atrauen mútuament per gravitació haurien d’estar intercanviant gravitons.) Aquesta seria una manera d’explicar la força gravitatòria únicament en termes quàntics. teories de camp, o, per dir-ho més clarament, el gravitó connectaria la gravitació i la teoria quàntica, realitzant una recerca centenària. El problema és que la gravetat és, amb diferència, la més feble de les forces conegudes i no hi ha cap manera coneguda de construir un detector que pugui enganxar el gravitó. No obstant això, els físics saben una mica les propietats que ha de tenir el gravitó, si és que hi ha. Per exemple, es creu que és sense massa (com el fotó), hauria de viatjar a la velocitat de la llum i ha de ser un 'bosó de dos rotacions', a l'argot de la física de partícules.



7. PARTÍCULA DE LA MATÈRIA FOSCA: LA CLAU DE LA MISSA QUE FALTA?

Fa uns 90 anys, els astrònoms van començar a notar que hi ha alguna cosa divertida en la forma en què es mouen les galàxies. Resulta que no hi ha prou matèria visible a les galàxies per explicar el seu moviment observat. I, per tant, els astrònoms i els físics han estat lluitant per explicar la 'matèria fosca' que es deia per formar la massa que faltava. (De fet, es creu que hi ha molta més matèria fosca que la matèria ordinària, en una proporció d’aproximadament cinc a una.) De què es podria fer la matèria fosca? Una possibilitat és que estigui formada per partícules fonamentals encara desconegudes, produïdes probablement en els primers moments després del Big Bang. Ara hi ha diversos experiments en curs amb l’esperança de trobar aquestes partícules.

Bruce Willis fa les seves pròpies trucs?

8. TAQUION: MUDLER CAUSA-I-EFECTE (I PROBABLEMENT NO REAL)

Des que Einstein va presentar la primera part de la seva teoria de la relativitat, coneguda com a relativitat especial, sabem que res no pot moure’s més ràpid que la llum. (Està bé moure’s a la velocitat de la llum, si no teniu massa, com un fotó.) Els taquions són partícules hipotètiques que sempre viatgen més ràpid que la llum. No cal dir que no s’uneixen molt bé amb el que sabem sobre el funcionament de l’univers. Però a la dècada de 1960, alguns físics van trobar una llacuna: sempre que la partícula es creés per sobre de la velocitat de la llum i mai no viatjés més lent que la llum, teòricament podria existir. Malgrat això, és probable que els taquions no siguin reals. (Hi va haver una onada d’excitació el 2011, quan els científics d’un laboratori de física de partícules a Itàlia van afirmar que un cert tipus de neutrí viatjava una mica més ràpid que la llum; més tard van admetre que havien comès un error.) Si existeixen taquions, algunes persones pensen es podrien utilitzar per enviar senyals al passat, fent un embolic de causa-efecte, i donant lloc a famosos enigmes com la paradoxa de l'avi. Però la majoria dels físics diuen que en el cas improbable que existeixin, això no seria un problema, ja que no se suposa que els taquions interactuen amb la matèria normal (com nosaltres).