¿Qué pasa dentro de los átomos?

La materia bariónica, producto de asociaciones de quarks y leptones,  constituye los ladrillos básicos de los que está hecho todo lo que podemos percibir a nuestro alrededor, y a nosotros mismos.

Los quarks son briznas de materia que viven escondidas en el núcleo de los átomos vibrando encadenados los unos a los otros, nadando en una especie de mar adhesivo compuesto de otras partículas mucho más ligeras llamadas gluones, que los aglutinan mediante la llamada interacción fuerte haciéndolos inseparables.  De esta forma se constituyen entidades indivisibles en forma de protones y neutrones. Los quarks no pueden vivir separados, siempre se encuentran varios de ellos encadenados.

Por otra parte los electrones, el tipo más estable de la familia de los leptones, vibran, atraídos por la fuerza electro-magnética de la que los proveen las interacciones con los fotones, alrededor de los núcleos de protones y/o neutrones, conformando delgadas capas que recubren a los núcleos a modo de ondas, siempre a distancias discretas, o cuantizadas, llamadas órbitas.

Cuando dos quarks de tipo Up se unen a un quark del tipo Down, resulta una partícula compuesta de carga eléctrica positiva a la que se le conoce con el nombre de Protón. De la misma forma, al unirse dos quarks Down con uno Up resulta una partícula de carga eléctrica neutra a la que llamamos Neutrón.

Los electrones son partículas con carga eléctrica negativa, por ello son atraídas por los protones positivos desde el centro del átomo, encadenándose a ellos a distancias discretas que vienen a ser como las gradas en un estadio, en el que el núcleo estaría en el centro del terreno de juego y los electrones distribuidos en algunas líneas de asientos permitidas, pero no a cualquier altura sino solo a las distancias permitidas, entre las cuales no es posible ni detenerse, ni incluso existir. De hecho, cuando un electrón cambia de grada u órbita lo hace de manera instantánea, de forma que, al recibir una excitación externa suficiente (y a veces por motivos internos de su conexión con el núcleo) aumenta su energía, lo que le obliga a saltar a otra órbita más energética y, al hacerlo, desaparece instantáneamente de la órbita en la que se encuentra y aparece exactamente al mismo tiempo en la nueva órbita. Después, debido a su inestabilidad en una órbita que no le corresponde, emitirá un fotón, que lo libera del exceso de energía adquirida, y, de forma instantánea, sin que exista transición entre órbitas, reaparece en su órbita primitiva. 

Por cada protón que ingrese en su núcleo, todo átomo intentará, para mantenerse estable, atrapar un nuevo electrón, que se acomodará en el hueco más próximo de la capa que aún esté incompleta en su periferia. A más protones apiñados más electrones revolotearán, en número equivalente, al rededor del núcleo e irán rellenando, según el número máximo que quepa en cada órbita, las sucesivas gradas, a modo de capas de cebolla al rededor del átomo. 

Pero en los núcleos, los protones, al ser todos positivos, se repelen e intentarán separarse. Para evitar esta repulsión son necesarios los neutrones, muy similares a los protones pero algo más pesados (un 0.1% más) y sin carga eléctrica (por lo que ni atraen ni repelen). En función del número de protones se necesitan un número determinado de neutrones para que todo el conjunto sea estable durante el mayor tiempo posible. Lo que sucede dentro de los núcleos de los átomos es que los protones, justo en el momento en el que van a ser repelidos, intercambian partículas llamadas piones, lo que provoca que algunos de ellos se convierta en neutrones, evitando así la repulsión. De la misma forma, acto seguido, algunos neutrones emiten piones y se vuelven a convertir en protones, para mantener constante la interacción con los electrones del átomo. A esta fluctuación de trasmutación continua se le llama fuerza fuerte residual y es la que mantiene estables a los átomos. 

Hay un límite en el tamaño de los núcleos. Cuánto más crecen estos en número de protones y neutrones (nucleones) más difícil se hace mantener la cohesión entre ellos, por eso estos átomos se vuelven inestables y, de sus núcleos, escapan algunos neutrones hacia el exterior, esto sucede de forma habitual en los llamados materiales radioactivos, no así en la mayoría de átomos, mucho más estables, que conforman la naturaleza de la que formamos parte.

Qué probabilidad hay de que una eyección de masa coronal del Sol alcance la Tierra?

Seguramente habéis escuchado hablar de las eyecciones solares, y del peligro que podrían acarrear a nuestro planeta Tierra si una de ellas, de gran magnitud, nos alcanza de lleno. Por si no sabéis qué son exactamente estos fenómenos solares os adjunto la descripción que Wikipedia hace de ellos: 

Eyección de masa coronal 

Se denomina eyección de masa coronal o CME (por sus siglas en inglés: Coronal Mass Ejection) a una onda hecha de radiación y viento solar que se desprende del Sol en el periodo llamado Actividad Máxima Solar. Esta onda es muy peligrosa ya que, si llega a la Tierra y su campo magnético está orientado al sur, puede dañar los circuitos eléctricos, los transformadores y los sistemas de comunicación, además de reducir el campo magnético de la Tierra por un período. Cuando esto ocurre, se dice que hay una tormenta solar. Sin embargo, si está orientado al norte, rebotará inofensivamente en la magnetosfera. La magnetosfera o magnetósfera es una región alrededor de un planeta en la que el campo magnético de este desvía la mayor parte del viento solar formando un escudo protector contra las partículas cargadas de alta energía procedentes del Sol. 

Pero, realmente, qué probabilidad hay de que una CME llegue a la Tierra? 

Veamos: 

Vamos a calcular la superficie total aproximada de una inmensa esfera imaginaria que rodearía completamente a nuestra estrella a una distancia de ciento cincuenta millones de kilómetros de su centro. 

Sup Tot.: 4 x 3,14 x (150.000.000)2 -------------> 282.600.000.000.000.000 

Esa esfera imaginaria tendría una superficie total de dos billones ochocientos dos mil seiscientos billones de kilómetros cuadrados. 

Y qué superficie de esa esfera imaginaria ocupa nuestro planeta frente al Sol? 

La circunferencia sería el radio de la Tierra al cuadrado multiplicado por Pi. 

Es decir 6.366 x 6.366 x 3,14 --------------> 127.251.501 kilómetros cuadrados. 

Entonces, si dividimos la superficie de la esfera imaginaria por la superficie que representaría en ella el círculo de nuestro planeta visto de frente desde el Sol, encontramos que en la superficie interior de esa esfera, de radio ciento cincuenta millones de kilómetros, caben unos dos mil doscientos millones de Tierras o, dicho de otra forma, hay solo una entre dos mil doscientos millones de probabilidades de que una eyección coronal apunte hacia la Tierra. 

Si tenemos en cuenta que la probabilidad de acertar los seis números de un boleto de la Lotería Primitiva es de una entre casi catorce millones, no parece probable que nos vaya a alcanzar muy a menudo una CME, no creéis?

La vida, tal y como la conocemos, solo es posible a baja temperatura.

 

imagen cortesía de https://www.investigacionyciencia.es/

En el universo todo está en movimiento ininterrumpido desde que hace trece mil setecientos setenta millones de años el Big Bang inició la grandiosa expansión del espacio-tiempo. 

Una parte de lo que hoy es materia era en aquel entonces energía pura increíblemente caliente o, lo que es lo mismo, plasma de quarks agitándose a más de cuatro billones de grados; porque movimiento y temperatura son, en realidad, la misma cosa a nivel atómico y molecular. 

A partir de aquel momento inicial, conforme el espacio-tiempo se expandía velocísimamente, la energía fue ralentizándose y por tanto enfriándose poco a poco hasta llegar a la temperatura actual de 2,7 grados Kelvin (unos 270 grados Celsius bajo cero), temperatura que podemos medir hoy día en el más profundo vacío cósmico.

Muchos millones de años después del Big Bang, la temperatura o, como ya hemos dicho antes, el movimiento de las partículas, había descendido lo suficiente como para que aquella energía prístina, que ya había ralentizado en gran medida su desenfreno inicial, diese lugar a su trasmutación en materia, formándose así los primeros átomos de Helio del universo.

La materia siguió enfriándose más y más según se expandía el espacio-tiempo y, tras millones de explosiones de supernovas acaecidas por la eterna disputa entre la aplastante Gravedad y la extraordinaria Fuerza de la repulsión Electromagnética en el seno de las estrellas, fueron surgiendo sucesivamente el resto de los elementos de la tabla periódica a partir del Helio.

Hace cuatro mil quinientos millones de años se formó la Tierra, por acumulación de polvo interestelar, bajo la influencia gravitacional y energética de nuestro Sol; una estrella amarilla ubicada relativamente cerca del centro de una de las muchas galaxias del cúmulo de Virgo, llamada Vía Láctea.

Quinientos millones de años después de la formación de nuestro planeta, tras la infinidad de colisiones aleatorias que se producían a cada instante por la agitación térmica, los átomos comenzaron a enlazarse de forma funcional dando lugar a diferentes asociaciones cooperativas llamadas moléculas. Las moléculas, a su vez, generaron microorganismos... y así comenzó la vida. 

Gracias a las bajas temperaturas la vida sigue existiendo en la Tierra. Algunos organismos, llamados extremófilos sobreviven a temperaturas de entre menos cien y mas doscientos grados centígrados. Y estrechando aún más esa franja de temperatura o vibración molecular, a tan solo unos cientos de grados kelvin por encima del cero absoluto (punto extremo en el que no existe el movimiento y por tanto desaparece la temperatura), es decir, cuando los átomos apenas vibran, es posible la vida de plantas y animales. Pero nuestra vida es tan frágil que podría desaparecer en solo un parpadeo si la temperatura varía apenas medio centenar de grados por encima o por debajo de los cero grados centígrados.

Las moléculas constitutivas de nuestros tejidos, que a su vez conforman los órganos que hacen funcionar a nuestro organismo, existen y medran en el cosmos porque nuestros átomos,  los ladrillos de la vida, vibran lentamente, están casi detenidos, fríos, a tan solo unos treinta y siete grados centígrados de temperatura. Muy lejos de aquellos vertiginosos cuatro billones de grados que imperaban en el cosmos cuando la energía comenzó a converirse en partículas subatómicas. La vida, tal y como la conocemos, solo es posible a baja temperatura.