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Morgan Freeman nos presenta a varios científicos que explican qué son la materia y las fuerzas y describen el trabajo que se desarrolla en los aceleradores de partículas para  desentrañar los misterios de la Materia.

Creada14-01-2019
Modificada14-01-2019
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Agosto6

Reseña del Documental ¿De qué estamos hechos? de la serie Secretos del Universo

¿De qué Estamos Hechos

Documental de la serie Secretos del Universo (T1, E7, 2010) en el que Morgan Freeman nos presenta varias investigaciones y teorías sobre la composición de la Materia de la que estamos hechos nosotros y todo lo que nos rodea.

Descubriendo los Átomos

Los filósofos de la Grecia antigua, intentando comprender de una forma racional el Universo, supusieron la existencia de cuatro elementos que en solitario o en combinaciones componían todo lo que podíamos ver.

Esos cuatro elementos esenciales eran Tierra, Agua, Aire y Fuego.

También observaron que los objetos podían romperse, dividirse en fragmentos más pequeños y que esos fragmentos conservaban las propiedades del material original.

Razonaron que no podrían dividir un fragmento hasta el infinito, por lo que dedujeron que tarde o temprano llegarían a una partícula sin partes, a-tomo, que no podría ser dividida.

Se equivocaron.

Los científicos actuales han construido gigantescas máquinas capaces de golpear los átomos con fuerza suficiente para romperlos y han descubierto que están compuestos de partículas más pequeñas.

En el Interior de los Átomos

Hace cien años se pensaba que si los átomos existían serían caparazones huecos. Ernest Rutherford intentó demostrarlo con un experimento.

Fabricó un pequeño cañón de partículas y lo disparó hacia una fina lámina de oro. La mayoría de las partículas atravesaron la lámina sin desviarse y golpearon una placa fotográfica. Pero algunas se desviaron. Y otras pocas rebotaron.

Rutherford demostró que la mayor parte de un átomo es espacio vacío pero en su centro existe algo sólido capaz de hacer rebotar las partículas.

El núcleo de un átomo es 100.000 veces más pequeño que el mismo átomo. La diferencia es tanta como la que hay entre una cabeza de alfiler y un campo de fútbol.

Posteriores experimentos mostraron que el átomo estaba compuesto de tres partes: El Núcleo, los Electrones que forman el Núcleo (??) y los Electrones que conforman la cobertura exterior del átomo.

Esto es lo que dice el documental. No sé si se trata de un error de traducción o si esa fue la conclusión (equivocada) que sacaron los físicos de aquella época.

Durante un tiempo esta estructura fue asumida por la comunidad científica, pero después los físicos empezaron a romper átomos y descubrieron otros componentes.

Protones, Neutrones y Electrones.

Y rompiendo éstos descubrieron una gran variedad de partículas diferentes.

Una de las partículas que descubrieron era la Antimateria.

Materia y Antimateria

La Antimateria es igual que la Materia pero con las cargas eléctricas opuestas. Los protones son negativos y los electrones positivos. Si dos partículas Materia-Antimateria entran en contacto, ambas se aniquilan liberando una gran cantidad de energía de forma explosiva. Medio gramo de Antimateria produciría una explosión mayor que la bomba atómica de Hiroshima.

La Antimateria se encuentra en pequeñas cantidades en todas partes. Un plátano contiene átomos de Potasio 40, un isótopo que al decaer emite positrones, electrones positivos. Estos positrones, al chocar con protones de su entorno, se desintegran de forma explosiva. Afortunadamente la masa de los electrones y positrones es MUY pequeña y su desintegración no llega a afectarnos, ni siquiera llegamos a verlas. Pero si en una cámara oscura metemos una pieza de potasio 40 y la observamos con cámaras muy sensibles veríamos millones de minúsculas explosiones alrededor de la pieza.

El Zoológico de Partículas

Colisión de Núcleos de OroAdemás de las partículas de Antimateria, al romper los átomos en aceleradores cada vez más potentes se descubrieron una gran cantidad de partículas diferentes. Miles. Algunas eran muy masivas. Otras muy ligeras. Algunas se movían muy rápido, otras muy lentas. Algunas tenían propiedades exóticas y extrañas.

Tanta variedad hizo prácticamente imposible analizarlas y comprenderlas. Los científicos llamaron a esta situación el Zoológico de Partículas.

Para intentar aclarar esta confusa situación, en la década de 1.970 se construyó un gigantesco acelerador de partículas en la sede de los laboratorios Fermi, en Chicago, y poco a poco fueron obteniendo resultados.

Algunas partículas que parecían diferentes eran la misma que reaccionaba distinto en distintas circunstancias. Se pudo agrupar varias partículas en familias. Al final todo ese caos quedó reducido a un centenar de partículas en lo que se ha llamado el Modelo Estándar.

Toda la materia que conforma el Universo es una serie de combinaciones de unas pocas pequeñas partículas. Protones y Neutrones son combinaciones de tres Quarks, de los que hay dos variedades, Arriba y Abajo. Luego están los electrones, los fotones y los neutrinos. Básicamente eso es todo.

Y esencialmente los átomos están vacíos.

¿Cómo es posible que unas partículas que ocupan una pequeñísima fracción del espacio aparenten ser objetos sólidos y macizos, sin que podamos atravesarlos?

La respuesta son las Fuerzas.

Las Fuerzas

Todas las partículas del Universo están regidas por cuatro fuerzas: La Gravedad, el Electromagnetismo y las Fuerzas Nucleares Débil y Fuerte.

La Fuerza Débil determina la radiactividad, en qué momento un átomo expulsa una partícula de entre sus componentes.

La Fuerza Fuerte es la que une a los quarks que forman protones y neutrones y mantienen a éstos unidos en el núcleo atómico.

La Fuerza Electromagnética mantiene a los electrones orbitando alrededor del núcleo atómico formando átomos, y hace que los átomos se atraigan entre sí formando uniones amorfas, cristalinas o moleculares. Según la intensidad de esas uniones se pueden formar sólidos, líquidos y gases. Las moléculas pueden ser muy grandes y complejas y su funcionamiento es tan versátil que se pueden formar moléculas con capacidad replicadora, lo que da lugar a organismos vivos. E inteligentes.

La Fuerza de Gravedad hace que toda la materia se atraiga entre sí, con una fuerza muy débil pero suficiente como para que a gran escala pueda formar planetas, estrellas y galaxias y nos mantenga a nosotros en la superficie de los planetas.

Igual que no podemos ver nuestros átomos pero sabemos que están ahí, tampoco podemos ver las fuerzas, pero sabemos que existen. Aunque no sepamos cómo funcionan.

El Campo de Higgs

Entre el caótico Zoológico de Partículas hemos encontrado una inmensa variación de masas. Algunas partículas son tan ligeras que parecen no tener masa. Otras son muy masivas, habiendo algunas que son cientos de miles de veces más pesadas que un protón.

¿Cómo es posible que un protón pueda romperse y emitir una partícula más pesada que él mismo?

De hecho ¿qué es la masa?

Peter Higgs postuló la teoría de que el tejido espacial conforma un campo, el Campo de Higgs, en el que se mueven las partículas y según sus características interaccionan con más o menos intensidad, adquiriendo más o menos masa.

Según su teoría el Campo de Higgs estaría repleto de unas partículas llamadas Bosones de Higgs, y estas partículas podrían crearse en un acelerador de partículas.

Si aceptamos la teoría de Higgs, el centenar de partículas del Modelo Estándar puede simplificarse aún más, pues sólo quedarían una docena de partículas con distintas masas según cómo interaccionen con el Campo de Higgs.

La Máquina del Big Bang

El Colisionador de Hadrones del CERN, en Ginebra, es el acelerador de partículas más grande y potente jamás construido. Con 27 Km de circunferencia es capaz de acelerar partículas hasta una velocidad muy cercana a la de la luz y hacerlas chocar para fotografiar el rastro de sus fragmentos.

Con él se espera encontrar el Bosón de Higgs, pero también recrear las condiciones del Universo tal como eran apenas unas billonésimas de segundo después del Big Bang.

En los primeros instantes del Big Bang se crearon muchas y variadas formas de partículas. La mayoría de ellas se desintegraron en trillonésimas de segundo pero algunas de ellas se condensaron en partículas estables y sobrevivieron hasta hoy, componiendo toda la materia del Universo.

Con ellas hemos construido el Colisionador de Hadrones y tal vez en poco tiempo seamos capaces de desentrañar el misterio de la materia de la que estamos hechos y encontrar el elusivo Bosón de Higgs.

En mi opinión

Por una vez Morgan Freeman no nos presenta teorías excesivamente extrañas y misteriosas, sino una amena y muy correcta explicación sobre lo que es la materia, las fuerzas y el trabajo científico que se desarrolla en los aceleradores de partículas de FermiLab y el CERN para desentrañar sus misterios.

Sólo destacar que varios años después de realizar este documental ha sido posible localizar el Bosón de Higgs.

Aunque antiguo, del año 2.010, es un documental muy recomendable.

Ver Ficha de ¿De qué estamos hechos? de la serie Secretos del Universo

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