Modelo atómico estándar

III. EL MODELO ESTÁNDAR

ONDA, PARTÍCULA, CAMPO
VIMOS en el capítulo I que las partículas del mundo cuántico se comportan a veces como ondas, y las ondas a veces como partículas. En realidad los conceptos de onda y partícula, tal como los conocemos en nuestra experiencia diaria, no son muy apropiados para describir las partículas elementales. La situación recuerda la historia de los ciegosque fueron puestos en presencia de un elefante y se les pidió que lo describieran; un ciego palpó, una pierna del elefante y afirmó que el animal se asemeja al tronco de un árbol, otro agarró su cola y lo describió como una serpiente, para un tercero que tocó su panza el paquidermo semejaba una pared, etcétera.
Quizás si tuviéramos un sexto sentido veríamos a las partículas elementales no comoondas o partículas, sino como algo más complejo. Quizás, también, ese sexto sentido lo poseamos realmente como una manera de compresión que se expresa en el lenguaje de las matemáticas. Pero estas especulaciones filosóficas nos alejan demasiado de los propósitos de este libro por lo que las dejaremos hasta aquí.
Volviendo, pues, a las partículas elementales, el asunto se complica aún más sitomamos en cuenta el concepto de campo, tal como lo introdujimos al abordar el electromagnetismo. ¿Cómo se comporta el campo a nivel cuántico? Pensemos por un momento en el campo como una sustancia que permea el espacio, como sería, por ejemplo, un fluido o un gas; esta sustancia puede vibrar, y las vibraciones son ondas. En el caso del electromagnetismo, la luz es una onda del campo electromagnético,al igual que el sonido es una onda en el aire. Pero recordemos que, en el mundo cuántico, una onda también es una partícula. Por lo tanto, las vibraciones del campo también son partículas.
Podemos presentar ahora una imagen coherente del mundo cuántico. El elemento fundamental es el campo. El campo vibra y sus vibraciones, a nivel cuántico, son a la vez ondas y partículas. Las partículasasociadas al campo electromagnético son los fotones, las partículas de la luz. Existen otros tipos de campos y sus vibraciones: otras partículas elementales como los electrones, los protones y muchos otros. Tendremos la oportunidad de conocerlos en las páginas siguientes.
Por ahora señalemos que existen esencialmente dos tipos de partículas en la naturaleza: las partículas asociadas a la materia y laspartículas asociadas a las interacciones. Las primeras se llaman fermiones y las segundas bosones, en honor a Enrico Fermi y Satyendranath Bose respectivamente, físicos que describieron por primera vez las propiedades básicas de estas dos grandes familias del mundo cuántico.
La diferencia básica entre fermiones y bosones tiene que ver con una importante propiedad de las partículas elementalesque se llama. espín, palabra que proviene del inglés spin, girar. Esta propiedad es análoga, en lo cuántico, a la rotación de los cuerpos sólidos sobre sí mismos. Un principio básico de la mecánica newtoniana es que esa rotación perdura indefinidamente mientras no se aplique alguna influencia externa. Sabemos por ejemplo, que la Tierra ha girado sobre sí misma dando una vuelta en un día,prácticamente desde que se formó hace unos 5 000 000 000 de años. En un ámbito más reducido, un trompo gira por largo rato, y cuando finalmente se detiene es por la fricción de su punta con el suelo. En mecánica la cantidad de rotación se mide con el llamadomomento angular, que es esencialmente la masa de un cuerpo, multiplicada por suvelocidad de rotación, y vuelto a multiplicar por su radio. Lo curioso esque las partículas elementales también poseen una propiedad equivalente al momento angular, el espín, que es absolutamente invariante. Además, el espín de una partícula elemental está cuantizado en unidades de la constante de Planck h 13  dividida por 2p —es común definir  (léasehache barra) como h/2p. Lo anterior quiere decir que hay partículas con espín 0, , 2 etcétera: que son los bosones,...