¿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.