Los electrones: el motivo por el que los zapatos en realidad nunca tocan el suelo

Alberto Casas, profesor de Física Teórica, habla sobre la importancia de estas partículas descubiertas hace casi 120 años y que hoy en día aún esconden los misterios más importantes de la física

El 30 de abril de 1897, el físico británico Joseph John Thomson estaba de enhorabuena. Podía decir que había descubierto una partícula que nunca nadie había visto, en una época en la que el teléfono era un invento reciente. Aquella escurridiza partícula era el electrón. Gracias a sus trabajos con rayos catódicos, un fenómeno que ocurre cuando una corriente eléctrica pasa a través de un tubo de cristal al vacío, al científico se le ocurrió que los átomos en realidad no eran indivisibles, sino que había partículas aún más pequeñas: los corpúsculos.

Aquellos corpúsculos, que luego se llamaron electrones, son hoy reconocidos como los principales protagonista de las reacciones químicas, de las propiedades de la materia, de los colores, de la electricidad y de la tecnología digital. Son los responsables de que, aunque «la materia esté hueca», los objetos no se atraviesen unos a otros. Alberto Casas, profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Física Teórica, IFT-UAM-CSIC, no solo reconoce la enorme importancia del hallazgo de Thomson, sino que sitúa al electrón en el ojo del huracán de la física cuántica más de un siglo después.

-¿Qué importancia tuvo el descubrimiento de Thomson?

Tuvo una enorme importancia. Thomson demostró que los misteriosos rayos catódicos estaban compuestos de partículas minúsculas, algo que fue inmediatamente reconocido por la comunidad científica. Por ejemplo, en 1900 Henry Becquerel demostró que la «radiación beta» emitida por ciertos tipos de átomos estaba compuesta de las mismas partículas. Esto afianzó la idea de que los electrones formaban parte de los átomos.

-Hoy en día, ¿el electrón es una partícula de la que ya se sabe todo, o sigue estando en el centro de la investigación?

El electrón pertenece al selecto de grupo de partículas que, hasta donde sabemos, son genuinamente elementales. Por ejemplo, el protón y el neutrón no lo son, ya que están hechos de quarks (otras partículas de ese selecto grupo). Desde ese punto de vista, comprender las propiedades del electrón es un problema fundamental de la física básica.

De hecho, hay bastantes de esas propiedades que entendemos, es decir podemos explicarlas a partir de hechos más básicos; pero la mayoría siguen siendo un misterio. Entre las que entendemos está la estructura de sus interacciones.

Además de la interacción gravitatoria, el electrón siente la interacción electromagnética (debido a su carga) y la interacción débil (otro tipo de interacción fundamental). La manera en la que siente esas interacciones está impuesta en gran medida por ciertas simetrías matemáticas que poseen las ecuaciones de la física. Entre las propiedades que no se entienden están la magnitud de su masa y su carga eléctrica.

El electrón es unas 2000 veces más ligero que el protón, aunque posee la misma carga eléctrica (en negativo), y nadie sabe por qué. Desde ese punto de vista, el electrón, junto con sus compañeras elementales, está efectivamente en el centro de la investigación en física teórica.

-¿Cuáles son los fenómenos más importantes en los que está implicado el electrón?

El electrón está implicado en una verdadera infinidad de procesos físicos, en realidad en la mayoría de ellos. Esto es así porque los electrones son la parte externa de los átomos, y la más ligera y «flotante». Eso hace que sean los responsables principales de todas las propiedades de la materia.

Por ejemplo, son los responsables de que haya unos cien elementos químicos, y de las propiedades de estos y de todas sus combinaciones; es decir de todas las sustancias ordinarias. Casi cualquier propiedad de una sustancia que consideremos, está determinada por los electrones. Pensemos, por ejemplo, en los colores: los objetos absorben la luz cuyos fotones tienen una energía que coincide con los saltos energéticos de los electrones (los cuales dependen a su vez del tipo de molécula que forma el objeto); la luz que no puede ser absorbida es reflejada, produciendo el color que percibimos. Los electrones son también los causantes de todos los procesos químicos, por ejemplo todos aquellos que dan lugar a la vida.

Desde el punto de vista práctico, los electrones y sus propiedades (descritas por la mecánica cuántica) son la base de toda la microelectrónica y la tecnología digital en la que estamos inmersos. Son también las partículas que corren por los circuitos eléctricos y que hacen posible que los electrodomésticos funcionen. En resumen, ¡el electrón es un gran amigo de la Humanidad!

 -Cuando tocamos algo, ¿estamos tocando sus electrones? Tengo entendido que la materia «está hueca» y que los núcleos atómicos están en el interior de una zona extensa en la que oscilan los electrones.

Sí, en esencia esto que dices es correcto. Intuitivamente, tendemos a pensar que los cuerpos no se atraviesan unos a otros porque el espacio que ocupa un no puede ocupado por otro. Por ejemplo, esa sería la razón por la que un libro sobre una mesa permanece encima de ella, y no la atraviesa y cae hacia el suelo.

Sin embargo, la materia apenas está «llena» de partículas, los espacios entre núcleos atómicos son inmensos en comparación con su tamaño, y están poblados solo por unos cuantos electrones (que por lo que sabemos son partículas puntuales, sin dimensiones). De hecho, en principio la materia se puede comprimir hasta extremos formidables (la densidad de una estrella de neutrones es equivalente a comprimir un Boeing 747 al tamaño de un pequeño grano de arena).

-Entonces, ¿por qué no se atraviesan los cuerpos?

La razón es la repulsión entre las nubes de electrones que rodean a los núcleos. Esta repulsión es de tipo electromagnético (las cargas negativas repelen a las negativas) y está también relacionada con aspectos cuánticos de la materia (principio de exclusión de Pauli). Pero, en definitiva, la repulsión entre los electrones de la materia es la que impideque los objetos se atraviesen unos a otros como si estuviéramos en una película de fantasmas.

Y cuando «tocamos» un objeto, lo que sucede es que las nubes de electrones de los átomos de nuestra mano y del objeto se repelen y retroceden imperceptiblemente, pero realmente no se llegan a tocar. Cuando estamos de pie, realmente nuestros zapatos no «tocan» el suelo, sino que estamos «flotando» a una distancia imperceptible (extraordinariamente pequeña) del mismo. Fuente: abc.es

Descubren el origen de todo el oro y la plata de la Tierra

Una antiquísima y cercana galaxia, llamada Retículum II, puede ser la clave de la procedencia de estos elementos pesados

Al principio de los tiempos, cuando el Universo acababa de nacer, todo, o casi todo, era hidrógeno. 

Los elementos pesados que nos rodean en la actualidad no existían, y fueron fabricándose poco a poco en los hornos nucleares de millones de estrellas que, al morir, los liberaron al espacio. Así, esos materiales pesados fueron incorporados por nuevas generaciones de estrellas, entre ellas el Sol, que gracias a ellos pudieron formar a su vez planetas sólidos, como el nuestro.

A pesar de ello, existen algunos metales muy pesados, los más apreciados en la Tierra, cuyo origen no es tan sencillo de explicar. Los científicos, en efecto, llevan décadas intentando averiguar el origen de elementos como el oro, la plata o el platino. Y ahora, por fin, creen haberlo conseguido.

Para "fabricar" estos elementos tan pesados se necesita una increíble cantidad de energía. Tanta, que hasta ahora nadie se explicaba cómo podían siquiera existir en el Universo. Sin embargo, el descubrimiento de una antiquísima y cercana galaxia enana, llamada Retículum II, a "solo" 98.000 años luz de distancia, lo ha cambiado todo. Y es que esta pequeña y oscura galaxia satélite de nuestra Vía Láctea posee estrellas que contienen una cantidad realmente enorme de materiales muy pesados, entre ellos oro, plata y platino.

"Comprender cómo estos elementos tan pesados pudieron llegar a formarse es uno de los problemas más difíciles de la física nuclear", afirma Anna Frebel, investigadora del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) y autora principal de un estudio que acaba de publicarse en Nature. "La producción de estos elementos tan pesados -prosigue- requiere de tanta energía que resulta imposible fabricarlos experimentalmente. Sencillamente, su proceso de fabricación no funciona en la Tierra. Por eso, hemos tenido que usar estrellas y otors objetos cósmicos como laboratorio".

Descubierta hace menos de un año, la pequeña Reticulum II está en órbita de nuestra galaxia, la Vía Láctea, y es una de las galaxias enanas más cercanas encontradas hasta ahora por los astrónomos. Se la considera una de las mejores candidatas para detectar materia oscura, y ahora se ha convertido también en el mejor lugar para averiguar cómo nuestros elementos favoritos se originaron en el Universo y cómo llegaron hasta la Tierra.

Analizando la luz procedente de varias de las estrellas más brillantes de Reticulum II con los telescopios Magallanes, en Chile, Frebel y su equipo pudieron determinar que contienen una cantidad "masiva" de elementos como oro, plata y platino. Y es del todo es imposible que estas estrellas los hallan fabricado por sus propios medios. "Cuando comprobamos con nuestro telescopio enorme cantidad de metales pesados en esa primera estrella -recuerda Alexander Ji, uno de los miembros del equipo- nos quedamos estupefactos. Además, la estrella se veía mal, como si no perteneciera a esa galaxia. Pasé mucho tiempo asegurándome de que el telescopio estaba apuntando en la dirección correcta".

Elementos muy pesados como el oro, el uranio o el plomo se crean mediante un sistema que los científicos conocen como "proceso-r", nombre que deriva de los términos "captura rápida de neutrones". Ya en 1957, los físicos Hans Suess y Harold Urey demostraron que era necesaria alguna forma de captura rápida de neutrones para forjar esta clase de elementos, y que todos ellos debieron empezar a existir en alguna parte del Universo, en un lugar en el que se dieran condiciones extremas y hubiera una enorme cantidad de neutrones disponibles.

Explosión de estrellas

Según su hipótesis, la explosión de estrellas gigantes o la fusión de estrellas de neutrones (las más densas que existen) eran los escenarios más probables para que algo así sucediera, aunque Suess y Urey nunca lograron pruebas de que algo así sucediera realmente, por lo que el origen de los elementos "proceso-r" siguió estando envuelto en el misterio. Ahora, sabiendo que las colisiones de estrellas de neutrones son relativamente comunes durante las primeras etapas de la formación de galaxias enanas como Reticulum II, el equipo liderado por Anna Frebel ha determinado que Suess y Urey tenían razón.

De esta forma, elementos pesados como el oro, la plata, el plomo, el platino y otros elementos "proceso-r" se crearon durante las explosiones de estrellas de neutrones en el interior de galaxias enanas, pasaron después a formar parte de nuevas estrellas y asteroides y terminaron por estar presentes en nuestro planeta. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que todo el oro "original" de la Tierra, el que contribuyó a la formación de nuestro planeta, se hundió en su núcleo, ya que la Tierra primitiva era una gran bola de materiales fundidos, y los materiales más pesados se hunden en el centro. Por ello, todo el oro del que disponemos en la actualidad, el que está cerca de la superficie terrestre, procede, sin excepción, del impacto de asteroides.

"Como hemos dicho -puntualiza Frebel- el oro al que tenemos acceso no se formó en los asteroides, sino durante la fusión de estrellas de neutrones. Después se mezcló en la nube de gas y polvo a partir de la que se formaron todos los planetas y asteroides de nuestro sistema. Y después todo ese oro fue transportado a la Tierra".

Además, y debido a que la fusión de esta clase de estrellas eran muy poco frecuentes en el Universo primitivo, los investigadores piensan que todo el oro, la plata y el platino que utilizamos en la Tierra proceden, probablemente, de una única colisión estelar sucedida cerca de nuestra galaxia. Quizá en el seno de la propia Reticulum II... Fuente: www.abc.es

¿Por qué bienes comunes? Las riquezas que habitan en la tierra no son recursos naturales sino bienes comunes

Javier Rodríguez Pardo

La libertad es patrimonio de todos y "todos nacemos libres en dignidad y derechos", es un bien común. Como lo es el oxígeno que respiramos, el color de una flor, el sonido de una cascada, el silencio o el murmullo de un bosque, el viento,  el cosmos, el pensamiento, la velocidad de la luz o la capa de ozono. En este sentido, el suelo, el subsuelo mineral, el glaciar, el agua, no son recursos naturales sino bienes comunes. Dicho de otro modo, las riquezas que habitan en la tierra no son recursos naturales, son  bienes comunes. Referirse a ellos como recursos naturales es la primera forma de apropiación, desde el lenguaje.

Nadie tiene el derecho a recurrir a un recurso natural, apropiándoselo, enajenándolo.

El derecho a recurrir  a un recurso natural termina en el mismo instante en que ese recurso es  también de otro, de otros. De manera que las riquezas que admiramos de la tierra  y que denunciamos como propias en una acción extractiva, no son recursos naturales sino bienes comunes, que pertenecen a los comunes. Bienes y comunes componen un único ecosistema  que se verá alterado al recurrir a él de manera posesiva, esgrimiendo una propiedad falsa, arrebatando del sitio a partes o a un todo que desequilibrarán el medio, el que seguramente se verá dañado o irreparablemente modificado, mutado. No aceptamos recurrir al recurso.

¿Quién admite que al recurrir al recurso no se vulneran dominios ajenos? ¿Y de quien o quienes es entonces el recurso? ¿No será de los comunes?

Si creemos que los recursos naturales son elementos que constituyen la riqueza o la potencia de una nación, qué mejor que la definición de ésta última, tal como proviene del latín "natio": "sociedad natural de hombres a los que la unidad de territorio, de origen, de historia, de lengua y de cultura, inclina a la comunidad de vida y crea la conciencia de un destino común." Sus recursos pertenecen a ese destino común, a ellos y a las generaciones futuras.

El concepto de propiedad privada del recurso natural nació con imposición feudal e imperial y continúa disfrazado de las mismas leyes coloniales. El subsuelo de las colonias de ultramar pertenecía al monarca y sólo la superficie se le cedía al aventurero conquistador o adelantado. Eran del monarca el oro, la plata, el cobre y todos los minerales que esconde el suelo conquistado, derechos que ejercían tanto la corona británica como la española y con iguales disposiciones.

¿Qué cambió?

Nada cambió. Ese mismo objeto del deseo, el subsuelo, se convierte en propiedad privada de quien manifiesta o denuncia la existencia de "pertenencias" extractivas y sólo requiere la ratificación de la autoridad política a modo de registro, control o tributo. En nombre del estado cedemos la potestad de los bienes comunes y aquél que se arroga tal facultad no fue elegido por el pueblo para esa función. No elegimos a nuestros gobernantes para que extranjericen territorios, vendan provincias, derriben montañas, destruyan glaciares, desvíen ríos,  enajenen bosques nativos ancestrales y entreguen las altas cuencas hídricas, ecosistemas que nutren a las poblaciones, que les dan vida, razón de existencia y de futuro.

Los bienes comunes no se hallan en venta, no son negociables, precisamente porque son comunes, tampoco son públicos ni naturales por más que descansen en la naturaleza milenaria y estén al alcance depredador del público. El concepto de público (total es público), está virtualmente asociado a depredar y al uso del libre albedrío, no al concepto de pertenencia de todo un pueblo, acepción que debiera ser usada como válida. Entonces hablamos de bienes comunes, no de bienes públicos ni de bienes naturales. Se hallan en la naturaleza y por tanto se los quiere hacer aparecer como opuestos a los objetos artificiales creados por el hombre. Reemplazar la expresión recursos naturales por la de bienes naturales contempla el error de considerarlos propiedad, están ahí, disponibles: naturales por artificiales. Los bienes comunes, en definitiva, trascienden a los bienes particulares y los reconocemos integrados a ecosistemas, a su vez a bioregiones dentro de la gran esfera que nos involucra a todos; es en este sentido que no debo adueñarme del oxígeno del aire, por ejemplo, cuando estoy obligado a compartirlo. Incluso para los legistas, esta propiedad –mejor aún, lo que es propio- termina cuando irrumpo en la del prójimo, válido para el caso que nos preocupa.

Ante el avance de las invasiones mineras y de políticas que intentan legitimar la rapiña extractiva, corregimos que las riquezas que habitan en la tierra no son recursos naturales sino bienes comunes.

Javier Rodríguez Pardo, Movimiento Antinuclear del Chubut (MACH), Red Nacional de Acción Ecologista (RENACE), Unión de Asambleas Ciudadanas (UAC)

Fuente: lafogata.org