RELACIONES DE LA FÍSICA CON OTRAS CIENCIAS

1.1 COMPONENTES BÁSICOS DE LA MATERIA
Desde los antiguos griegos, los seres humanos se han preguntado de qué está hecha la materia. La física, durante las últimas décadas, investiga cuáles son los componentes básicos de la materia. Y para ello se han diseñado y construido centros de investigación dotados de grandes aceleradores de partícu-las, como el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) en Suiza, y el DESY (Deutsches Elek-tronen Synchrotron) en Alemania, el cual ha desarrollado y operado varios aceleradores de partículas: DORIS, PETRA, HASYLAB, HERA y FLASH. Además de ellos existen sus homólogos en Estados Unidos y otros países.
Pero sin ir más allá, los átomos de todo tipo están constituidos por tres “partículas subatómicas” básicas: electrones, protones y neu-trones, cada uno con sus características y propiedades.



La figura muestra un átomo de helio formado por dos protones, dos neu-trones y dos electrones. Una partícula subatómica es una partícula más pequeña que el átomo. Puede ser que estas partículas subató-micas a su vez estén compuestas por otras partículas aun menores, como los quarks, que integran los protones y neutrones, pero esto es temática de otro capítulo. Además, existen otras partículas subató-micas, tanto elementales como compuestas, que no son parte del átomo, como es el caso de los neutrinos y bosones. La física de partí-culas y la física nuclear se ocupan del estudio de estas partículas, sus interacciones y de la materia que las forma y que no se agrega en los átomos.
Las propiedades más interesantes de las tres partículas constituyentes del átomo, y por ende de la materia existente en el universo, son:
Electrón: Se encuentra en la corteza. Su masa aproximadamente es de 9,11E-31 kg. Tiene carga eléctrica negativa (-1,602E-19 C).
Protón: Se encuentra en el núcleo. Su masa es de 1,6725E-27 kg, esto es, 1836 veces la masa del electrón. Tiene carga positiva igual en magnitud a la carga del electrón.
Neutrón: Se encuentra en el núcleo. Su masa es de 1,6748E-27 kg, esto es apenas mayor que la del pro-tón. No posee carga eléctrica.
El número atómico de un elemento es el número de protones (o de electrones si el elemento es neutro). Los distintos isótopos de un mismo elemento contienen el mismo número de protones, pero distinto número de neutrones. El número másico de un elemento es la suma del número total de proto-nes más el de neutrones que posee en su núcleo.
A manera de recuento histórico, en la Grecia clásica, un átomo era concebido como la parte más pequeña e indivisible constituyente de la materia, provisto de unos ganchitos que los mantenían unidos a los otros átomos. Fue el desarrollo de la química la que consiguió establecer un número determinado de constituyentes de toda la materia existente y medible en la Tierra. Sus hallazgos dieron su mayor fru-to de la mano de Dmitri Mendeléyev, al concretar de una forma sencilla todos los posibles átomos (defi-niendo de hecho la existencia de algunos no descubiertos hasta tiempo después). Más adelante se des-cubrió que, si bien los recién definidos átomos cumplían la condición de ser los constituyentes de toda la materia, no cumplían ninguna de las otras dos condiciones: ni eran la parte más pequeña ni eran indivisibles. Sin embargo se decidió mantener el término átomo para estos constituyentes de la materia. La electroquímica liderada por G. Johnstone Stoney, dio lugar al descubrimiento de los electrones en 1874, observado en 1897 por Joseph John Thomson. Estos electrones daban lugar a las distintas configuracio-nes de los átomos y de las moléculas. Por su parte en 1907 los experimentos de Ernest Rutherford reve-laron que gran parte del átomo era realmente vacío, y que casi toda la masa se concentraba en un núcleo sumamente pequeño. El desarrollo de la teoría cuántica llevó a considerar la química en términos de dis-tribuciones de los electrones en ese espacio vacío. Otros experimentos demostraron que existían unas partículas que formaban el núcleo: el protón y el neutrón, postulado por Rutherford y descubierto por James Chadwick en 1932. Estos descubrimientos replanteaban la cuestión de las partes más pequeñas e indivisibles que formaban el universo conocido. Se comenzó a hablar de las partículas subatómicas. Más tarde aún, profundizando más en las propiedades de los protones, neutrones y electrones se llegó a la conclusión de que tampoco éstos podían ser tratados como la parte más pequeña, ni como indivisibles, ya que los quarks daban estructura a los nucleones. A partir de aquí se empezó a hablar de partículas cuyo tamaño fuese inferior a la de cualquier átomo. Esta definición incluía a todos los constituyentes del átomo, pero también a los constituyentes de esos constituyentes, y también a todas aquellas partículas que, sin formar parte de la materia, existen en la naturaleza. A partir de aquí se habla de partículas ele-mentales. Sin embargo, la partícula más pequeña que aún conserva las propiedades físicas y químicas de la materia es el átomo; por debajo de él la sustancia considerada pierde su identidad.