¿De qué estamos hechos?

En 1925, Wolfgang Pauli entregó a la Física un principio de exclusión que explicaba la disposición de los electrones en un átomo. Uno de tantos ¿por qué las cosas son como son?. Su hipótesis postulaba que un electrón tan sólo puede ocupar un estado cuántico dado. Cada electrón de un átomo tendría un conjunto único de lugares en los que “estar”, un conjunto de números cuánticos (el principal que indica su nivel de energía, el angular que indica la forma del orbital y subnivel de energía, el magnético que da la orientación en el espacio del subnivel, y el spin o sentido de giro del campo magnético originado por un electrón que gira sobre su eje principal). Si este principio de exclusión no se cumpliera, todos los electrones en un átomo se acumularían en el estado de energía más bajo. Y este principio no solo se aplica a electrones, sino a todos los fermiones (protones, neutrones, quarks, leptones… etc). Tan sólo los bosones se escapan a este principio.

La mayoría de estas partículas son para mí “entes incomprensibles y difícilmente imaginables”, pero vamos progresando. Ahora bien, los bosones me superan. Tan sólo creo imaginarlos como los mediadores entre el resto de partículas (fermiones): los responsables de que los “otros" (los que “parecen pesar”) desarrollen ese “peso” o apariencia de partícula o de “cosa que ocupa un lugar en el espacio”…

Pero, veamos esta imagen que quiero compartir hoy aquí que, por cierto, es bellísima.


La pregunta es esta: ¿Por qué no implosionas? La explicación comienza con otra pregunta: ¿por qué no se amontona la materia? (imaginemos una fuerza de gravedad brutal y toda la materia apelotonada, nuestra galaxia y toda su materia reducida a un punto). La respuesta: el principio de exclusión de Pauli. El mismo que evita que las estrellas de neutrones y las enanas blancas implosionen, evita que las personas lo hagan, y provoca que la “materia” normal -según la entendemos- sea en su mayoría espacio vacío. El principio, como ya hemos dicho antes, establece que fermiones idénticos no puedan estar en el mismo lugar al mismo tiempo y con la misma orientación. El otro tipo de materia, los bosones, no cumplen esta propiedad, como demuestran los condensados Bose-Einstein. No hace mucho tiempo, el principio de exclusión de Pauli, se ha demos trado gráficamente, y eso es lo que muestra la foto de arriba. Las nubes pertenecen a dos isótipos de litio - la nube de la izquierda está compuesta por bosones y la nube de la derecha por fermiones. Cuando desciende la temperatura, los bosones se “apelotonan”, mientras que los fermiones prefieren conservar cierta distancia. La razón por la cual el principio de Pauli es verdadero y sus límites físicos todavía son desconocidos. Qué bonito. Y qué frio…