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Interacción fuerte y gluones: el pegamento invisible de la materia

Cuando pensamos en lo que mantiene unido el universo, solemos imaginar fuerzas como la gravedad o el magnetismo. Pero hay una fuerza aún más poderosa y misteriosa que actúa en el corazón de cada átomo: la interacción fuerte, mediada por unas partículas fascinantes llamadas gluones.

¿Qué son los gluones?

Los gluones son partículas elementales que actúan como los mensajeros de la interacción fuerte. Su nombre viene del inglés glue, que significa «pegamento», y no es casual: los gluones literalmente mantienen unidos a los quarks, que son los bloques fundamentales que forman protones y neutrones.

¿Cómo funciona esta fuerza?
  • Los quarks nunca están solos. Siempre se agrupan en tríos para formar protones y neutrones.
  • Los gluones se intercambian constantemente entre los quarks, como si fueran cartas invisibles que dicen: “¡Quédate cerca!”.
  • Esta interacción es tan intensa que los quarks no pueden separarse. Si intentas alejarlos, la energía que usas se convierte en nuevos pares de quarks y gluones. Es como tratar de estirar una liga que se multiplica en lugar de romperse.

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Condensados de Bose-Einstein

Cuando pensamos en los estados de la materia, probablemente nos vienen a la mente el sólido, líquido, gaseoso y quizás el plasma. Sin embargo, hay un estado mucho más peculiar y fascinante que desafía nuestra intuición: el condensado de Bose-Einstein (BEC). Este particular fenómeno ocurre a temperaturas increíblemente bajas, cercanas al cero absoluto, donde los átomos comienzan a comportarse como una única entidad cuántica.

Pero, ¿Qué es un condensado de Bose-Einstein?

El condensado de Bose-Einstein fue predicho teóricamente en los años 1920 por los físicos Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, pero no se logró crear experimentalmente hasta 1995. En este estado de la materia, los átomos pierden su identidad individual y se agrupan en un solo estado cuántico. Esto significa que actúan como un «superátomo», compartiendo las mismas propiedades y funciones cuánticas.

 

La clave está en la temperatura

Para entender este fenómeno, debemos considerar el papel de la temperatura. A medida que la temperatura de un material se acerca al cero absoluto (-273,15 °C), la energía de los átomos disminuye drásticamente. Cuando se usan átomos que pertenecen a la categoría de «bosones» y se enfrían lo suficiente, estos entran en un estado de baja energía donde todos se superponen y forman el condensado.

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DIFERENCIAS ENTRE FERMIONES Y BOSONES

Como estudiamos en los post anteriores, tanto los bosones como los fermiones, son las partículas principales que forman parte de la materia y determinan la forma cómo interactúan y conforman el universo. Entonces, vemos como los fermiones son los cimientos de la materia, como los electrones y los protones, y por su parte los bosones ejercen la función de mensajeros de las fuerzas fundamentales, como los fotones o el bosón de Higgs. Conocer sus diferencias es importante para entender los fenómenos más profundos de la naturaleza y descubrir los secretos de la materia y la energía en su aspecto más elemental.

Ahora veamos en el siguiente recuadro, las diferencias entre fermiones y bosones:

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Modelos Atómicos: Teoría atómica de Rutherford

El científico Rutherford fue el primero en considerar que el átomo está divido en dos áreas. Rutherford realizó en el año 1911 el «experimento de la lámina de oro», que da explicación a esta teoría.

En su teoría, Rutherford señala que la mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva están en una pequeña zona central que luego se llamó núcleo. Alrededor del núcleo y a grandes distancias del mismo, se encuentran los electrones girando. Rutherford hizo referencia al número de cargas. Para él, el átomo es neutro ya que posee la misma cantidad de cargas positivas y negativas.

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Enlace Dativo

Este enlace se caracteriza por presentar un par electrónico que es cedido por un sólo átomo, el cual debe tener al menos un par de electrones libres sin enlazar. Por ejemplo como el nitrógeno, oxígeno y cloro.

Igualmente, el átomo que acepta el par electrónico debe estar carente de electrones, como el ión hidrógeno y el aluminio, por ejemplo.

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Enlace Covalente

Enlace covalente
Imagen by: wirdou.com

Es la fuerza que permite la unión entre dos átomos mediante la compartición de un electrón por átomo. A su vez los enlaces covalentes se dividen en enlace covalente polar y apolar.

Los enlaces covalentes polares son aquellos en donde la diferencia de electronegatividad de los átomos que lo forman va desde 0 hasta 1.7 (sin considerar el 0). Presentan un momento dipolar distinto a cero, además de ser solubles en agua y otros solventes polares.

Por su parte, los compuestos que se originan por medio de enlaces covalentes apolares, no exhiben momento dipolar y la diferencia de electronegatividad es igual a cero. Este tipo de compuesto presenta simetría y son solubles en solventes apolares, como por ejemplo el hexano.Leer más…«Enlace Covalente»

Enlace Químico

Cuando hablamos de enlace lo asociamos rápidamente con la unión, combinación, acoplamiento en este caso de átomos para formar moléculas y macromoléculas. Pero, ¿por qué se enlazan los átomos?

Lo que sucede es que cuando un átomo se halla solo, cada electrón que lo conforma, experimenta la influencia de su núcleo y de los restantes electrones, sin embargo cuando dos átomos se aproximan y se enlazan, los electrones correspondientes a cada átomo (no cualquier electrón, puede formar un enlace, sino solamente los electrones del último nivel energético, es decir, el más externo) están sometidos a la influencia del núcleo y de los electrones del otro átomo. Por lo tanto la fuerza de atracción que existe entre esos átomos se denomina enlace químico.Leer más…«Enlace Químico»

Naturaleza eléctrica de la materia: Electrización por Inducción

La electrización por inducción es consecuencia de las fuerzas eléctricas, ya que estas se despliegan a distancia. Entonces, un cuerpo que se encuentra con carga positiva en las cercanías de otro cuerpo neutro; este atraerá hacia sí a las cargas negativas, por lo tanto, la zona contigua quedará con carga negativa.

En consecuencia, el cuerpo que está cargado negativamente, produce un efecto de repulsión sobre los electrones, cambiando la carga del área a positiva. De cualquier manera, la dispersión de cargas provocada por las fuerzas eléctricas, es algo temporal y desaparece cuando el elemento encargado se aparta adecuadamente del material neutro.

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Naturaleza eléctrica de la materia: Electrización por Frotamiento

La electrización por frotamiento consiste en el resultado del roce de dos materiales, generándose la expulsión de electrones, los cuales serán cedidos a otro material, quedando así uno de ellos cargado de forma negativa y el otro material estará cargado de forma positiva.

No obstante, los electrones dependientes de la estabilidad del núcleo atómico, el cual está compuesto por neutrones y protones, poseen un excelente movimiento, y los que se encuentran en lo más externo, inclusive, pueden en ciertas situaciones, desprenderse. Para que esto suceda, se debe realizar una cantidad de trabajo, pero eso obedecerá a las propiedades que presente el material.Leer más…«Naturaleza eléctrica de la materia: Electrización por Frotamiento»

Naturaleza eléctrica de la materia: electrización por contacto

Puede parecer extraño pero todos los materiales están formados por átomos los cuales a su vez están constituidos por partículas electrizadas; una prueba de ello es la forman como se atraen ciertos cuerpos. Estos fenómenos no solo lo explica la química, sino también la física que a través de estudios previos se logró clasificar los diferentes mecanismos por los cuales los cuerpos se atraen y estos son: electrización por contacto, frotamiento e inducción. 

electrización por contacto

Este tipo de electrización se debe al movimiento de cargas negativas de un material a otro. Se puede tener un material cargado con cargas positivas debido a que sus átomos presentan una “falla” de electrones, que luego será equilibrado por la participación de un cuerpo neutro cuando estos están en contacto; por lo tanto obtendremos que el cuerpo cargado se haga menos positivo y el cuerpo neutro gane la carga eléctrica positiva.

 

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