Quimica la ciencia central

LOS CUANTOS
Pero antes de zambullirnos en los cuantos, considero importante recordar algunos aspectos sobre el átomo. Éste consiste en una especie de nube de electrones que rodea a una muy pequeñita esfera casi quieta y de muy alta densidad que llamamos núcleo. Sabemos además, como ya lo hemos mencionado, que este núcleo atómico se compone de protones y neutrones, los que a su vez estáncompuestos de quarks, las partículas más pequeñas del universo. Al electrón lo conocemos hace algo más de cien años, y después de estudiarlo minuciosamente los físicos estamos convencidos de que es una partícula indivisible. Todo esto que llamamos átomo se arma, entonces, a partir de electrones y quarks que se adhieren al núcleo a través de una especie de ligamento que en castellano deberían llamarse«ligamones o gomones» pero popularmente son más conocidos por su nombre en inglés como «gluons», y quienes unen núcleos y electrones son los quizás más familiares fotones.

Aunque aquí no hablaremos con más detalle sobre la estructura del átomo propiamente tal, si nos queda por consignar un aspecto sobre las propiedades que éste comporta. En efecto, no podríamos entender la inmensa variedad de cosasque somos capaces de percibir si ignoramos absolutamente el interior del átomo. El átomo, como la célula y la familia son «unidades compuestas», útiles conceptualmente para describir algunas propiedades de la materia, los organismos vivos y la sociedad, pero ineficaces para entender una multitud de fenómenos que sólo se explican teniendo presente su constitución interna.
Después del breverecordatorio sobre la estructura del átomo, ahora vayamos al asunto que queremos tratar aquí, que son los cuantos. No es una herejía decir que los cuantos son uno de los productos de la desagregación dentro del reino de la física del siglo XIX. En efecto, el físico alemán Max Planck en su intentos de calcular el equilibrio de energía entre vibraciones y su radiación de entrada y salida, halló quenecesitaba suponer la existencia de cuantos, o ciertas pequeñas divisiones de energía, ante que una gama continua de posibles energías. Definió un cuanto de energía como la frecuencia de la oscilación multiplicada por un número diminuto que no tardó en ser conocida como la constante de Planck.
Veamos si podemos explicar esto de los cuantos en términos sencillos. Partamos de la premisa que los electronesson ondas, al encerrarlos en una caja deberían tener modos especiales de vibración, como cuerdas y tambores, algún modo fundamental y sus armónicos. Lo interesante es que hay frecuencias privilegiadas que ocurren, como en el piano, mientras el resto de las frecuencias queda proscrito. La vibración puede darse en alguno de esos modos, o en una mezcla de ellos, tal como en la cuerda vibrante; perono puede darse en frecuencias intermedias. También, así como la cuerda afinada en el la central del piano no puede dar tonos de frecuencia menor que 440 vibraciones por segundo, el electrón no podría «vibrar» con frecuencias menores que una cierta fundamental característica de la caja en que se encuentra.
En consecuencia, consideremos primero que la «caja» en que se encuentra el electrón es laatracción misma del núcleo; no tiene paredes, pero sí es capaz de atrapar al electrón en un pequeño volumen, como una cajita esférica. Segundo, según De Broglie la energía de los electrones, al igual que los fotones de Einstein, es proporcional a la frecuencia de los modos de vibración: a doble de frecuencia, doble de energía.
Para ser estables, los electrones en el átomo sólo pueden tener entoncesciertas energías, que corresponden al modo fundamental y los armónicos de una onda atrapada por el núcleo. El modo fundamental es el de más baja energía; y a más alta frecuencia, mayor energía. El electrón no puede tener una energía por debajo de la del modo fundamental, así que una vez allí no puede perder más y precipitarse al núcleo. Si, estando en este estado, de pronto llega un fotón, el...