7/21/2019 El Codigo Genetico Del Universo

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EL CODIGO GENETICO DEL UNIVERSO

Por Liliana Ferreira

Aunque nuestra experiencia en la vidacotidiana esté caracterizada por la aparienciade la continuidad, la noción de que la materiaestá formada por partículas microscópicas enestructuras organizadas, obedeciendo adeterminadas leyes, es hoy una evidenciacientífica experimental conocida. uaplicación practica ha tenido importantísimasconsecuencias, que van desde la comprensiónde la bioquímica de la vida, hasta laexploración de diferentes formas de energía !incluyendo su utilización en lamedicina"# desde el desenvolvimiento de nuevas y casi instantáneos medios decomunicación, hasta la comprensión de los graves problemas ambientales denuestra era o, más a$n, la increíble aventura de intentar percibir si este %niversoen que vivimos existe desde siempre y para siempre, o tuvo un inicio y tendrá, undía, un final &quien sabe si para volver a tener otro inicio y otro fin ' y así cíclicamente'

¡EN EL BUEN CAMINO!

 Abstrayéndonos de esfuerzos de conocimiento afortunadamente más antiguos, ytomando solo en cuenta la llamada civilización occidental, es cierto que los filósofosgriegos de la antig(edad ya especulaban sobre la posible divisibilidad de la materiay sobre la existencia de una básica simplicidad responsable de la inmensa variedadque nos rodea. )n el iglo *+ a. de ., -emócrito llegó a desarrollar la idea de quetoda la materia estaba constituida de min$sculas partes, a las que dio el nombre deátomos &palabra que significa imposible de dividir/0. )ntre tanto, no fue hasta1.232, con los traba4os de 5ohn -alton, que se fi4aron definidamente las bases de lateoría atómica de la materia. e demostraba que una gran cantidad de substanciasse podían descomponer en otras más simples, denominadas como substanciaselementales o elementos, que no podían ser descompuestas más# era el caso delhidrogeno, del carbono, del oxigeno, del sodio o del cloro, entre otros.

 -alton propuso que la formación de sustancias compuestas, resultante de laligación de esos elementos, podía ser explicada si cada uno de ellos estabanformados por átomos &nombre que escogió para homena4ear a -emócrito y porconsiderar que los átomos eran unidades indivisibles0 que se asociaban paraconstituir unidades más comple4as !o moléculas".

 6a investigación continuó durante el siglo 7+7, llegando a ser posible calcular lamasa de los átomos de cada elemento. Así, en 1.289, -imitri :endeleev organizóuna tabla &conocida como ;abla <eriódica/0, ordenando todos los elementosconocidos entonces, desde el más ligero !=idrógeno" hasta el más pesado !%ranio",de acuerdo con sus masas atómicas. )l resultado fue sorprendente> los elementosvecinos exhibían propiedades químicas seme4antes. 6a regularidad manifestada enla ;abla <eriódica daba indicios sobre la analogía en la constitución fundamental delos átomos de esos elementos.

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COMO UN SOL Y SUS PLANETAS

)n 129? quedó experimentalmente demostrada la divisibilidad del átomo, cuando 5.5. ;homson descubrió que el filamento de un metal caliente emitía partículas concarga eléctrica negativa. )stas partículas podían ser obtenidas a partir de una tangran variedad de elementos que ;homson concluyó correctamente que ellas debíanexistir en todos los elementos. 6es dió el nombre de electrones. <ensaba que elátomo era una especia de puding de pasas/# la masa del puding tenía cargapositiva, y los electrones, negativos, se desplegaban como pasas dispersas, deforma que el con4unto tenía carga eléctricatotal nula.

 )n 1911, ). @utherford descubrió que lacarga positiva del átomo, y prácticamente latotalidad de su masa, estaba de hechoconcentrada en un pequeísimo n$cleocentral, y Biels Cohr propuso para el átomoun modelo seme4ante al del istema olar>un n$cleo central de carga positiva!protones", alrededor del cual gravitaríanelectrones en orbitas/ bien identificadas.

 BeDton había sistematizado en su ley degravitación !siglo 7*++" que entre todos loscuerpos con masa act$a la fuerza de lagravedad. )s ésta la fuerza de cohesión delistema olar y de las Ealaxias, más importante a escala cósmica. )ntretanto, lasmasas de las partículas constituyentes al átomo son tan pequeas !13 0F? Gg. en elcaso del protón y de 130H1 Gg. en el del electrón" que la fuerza gravitacional entre

ellas es despreciable en comparación con otras fuerzas. Así, la cohesión del átomose debe más bien a la fuerza electromagnética/ que act$a entre cargas eléctricas yque, siendo atractiva para cargas de signo contrario, asegura la ligación ente eln$cleo positivo y los electrones !negativos".

 iertamente las órbitas de los electrones tienen energías bien definidas de acuerdoa la mecánica quántica &rama de la física que estudia las leyes del mundoextremadamente pequeo0.

 6os electrones de una órbita con determinada energía solo pueden cambiar a otrasi el átomo absorbe o libera cantidades de energía bien determinadas. 6adistribución de los electrones por niveles concretos de energía en los átomos explicacon éxito la regularidad de las propiedades químicas de los elementos, patente enla ;abla <eriódica de :endeleev.

 )n los aos H3, 5. hadDicI descubrió el neutrón. )l n$cleo atómico no estabaconstituido solo de protones# incluía también partículas con masa seme4ante a la delos protones aunque sin carga eléctrica, los neutrones. <ara explicar la cohesión deln$cleo0 que tendería a deshacerse por la fuerza electromagnética de repulsiónentre los protones &se propuso la existencia de la fuerza fuerte/, una fuerza deenorme intensidad, mas de muy corto alcance, independiente de la carga eléctrica,y que confinaría las partículas intranucleares en una pequeísima región delespacio0.

 6a materia que conocemos representa una gran diversidad. ;odavía los protones,los neutrones y los electrones son indistinguibles entre si. Bo hay electrones más

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pesados/, ni neutrones más gordos/, o protones ligeramente diferentes unos deotros. <or tanto, átomos con igual numero de protones en el n$cleo son átomos delmismo elemento químico> el hidrógeno tiene un protón, el helio dos, el carbonodoce, e igual ocurre con los restantes. )n un átomo, el n$mero de protones deln$cleo es igual al n$mero de electrones que gravitan a su alrededor, lo que 4ustifica

su neutralidad eléctrica. 6as diferencias y seme4anzas que :endeleev encontró enlas propiedades químicas de los elementos ordenados en la ;abla <eriódica eran

 4ustificadas por las seme4anzas y diferencias encontradas en la constitución de losátomos respectivos.

AUNQUE, ENTRETANTO

'a finales del siglo 7+7, =enri Cecquerel descubrió el fenómeno de la radioactividadexhibido por algunas substancias. e trataba de la desintegración espontánea desus n$cleos atómicos en uno o más n$cleos diferentes, con emisión de uno o variosde los tres tipos diferentes de radiación> alfa, beta o gamma. e comprendióposteriormente que esta radiación correspondía a n$cleos de helio, a electrones yfotones !pacIs/ de energía luminosa, también conocidos como cuantos/ deelevada energía", respectivamente.

 6A radiación beta corresponde a ladesintegración de un neutrón,originando un protón, un electrón y unneutrino. )sta $ltima partícula,idealizada por <auli y Jermi en 1.9H1,no fue detectada hasta 1.9K8. )n lanaturaleza existen tres tipos de neutrinos, todos son carga eléctrica nula.Actualmente se realizan muchas experiencias con el ob4etivo de intentar conocer su

masa, admitiéndose que sean también nulas o muy próximas a cero. 6os neutrinosson muy abundantes en nuestro %niverso# no obstante, su interacción con lamateria es tan débil que son muy difíciles de detectar. -e hecho, un neutrinoproducido en una desintegración beta en la superficie del ol puede atravesar la;ierra como si ésta fuese un espacio vacío. 6a fuerza que gobierna los procesos queenvuelven estos neutrinos !y por tanto la radiación beta" es la fuerza débil/. ualcance es tan corto que su efecto es cerca de un billón de veces más débil que elde la fuerza fuerte/.

A pesar de no ser uno de los constituyentes fundamentales del átomo, y por tantode los cuerpos materiales, el neutrino puede representar un papel relevante en laBaturaleza a escala cósmica.

MATERIA Y ANTIMATERIA

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)n 1.9F2 <aul -irac verificó que su teoría quántica implicaba la existencia departiculas de anti0materia. )l primer e4emplo de estas anti0partículas fuedescubierto en 1.9HF por -. Anderson> el positrón, la antipartícula del electrón. %naantipartícula tiene la misma masa que la partícula correspondiente, aunque unacarga eléctrica simétrica !es decir, de signo contrario". <or e4emplo, el antiprotón

tiene la misma masa del protón, aunque su carga es negativa. L)s un protónnegativoM

:ateria y antimateria pueden aniquilarsemutuamente y convertirse en otras formas deenergía. +nversamente, si existe suficienteenergía contenida en una pequea región delespacio0tiempo, puede producirse materia yantimateria en igual cantidad. Aunque puedancrearse y ser detectadas, las antipartículas noparecen ser parte del %niverso que conocemos.Buestros átomos, y por tanto todas las

substancias de nuestro mundo físico, sonformados por electrones alrededor de protones,y no de positrones que envuelven antiprotones.N<or qué no detectamos mundos constituidos deantimateriaO i el %niverso se desenvuelve apartir de una singularidad energética !como hoyse admite", Nno debería haber sido creada, en elproceso de surgimiento tanta antimateria comomateriaO N<or qué no hay seales deantigalaxias, antisoles, anti'O )ste es un importante enigma de la osmologíaactual.

¡PARTICULAS Y MAS PARTICULAS!

omo ya indicamos, los electrones se producen sencillamente calentando un pedazodel metal !son ellos lo que crean las imágenes en nuestros televisores", y losprotones se obtienen retirando al átomo de hidrogeno su $nico electrón, pore4emplo usando luz. <ara estudiar partículas más exóticas, los científicos tienen querecurrir a otras fuentes posibles> los rayos cósmicos, especialmente protones queconstantemente bombardean la ;ierra venidos del espacio, y provocando la colisióncon los átomos de las capas superiores de la atmósfera, verdaderos manantiales deotras partículas secundarias# los reactores nucleares, donde se desintegran n$cleosradioactivos emitiendo una diversidad de partículas, como neutrones, neutrinos,

partículas alfa, beta, rayos gamma, entre otras# y finalmente los aceleradores departículas donde los electrones protones son acelerados y estrellados contrablancos, o unos contra otros, generando series de otras partículas y antipartículas,muchas de las cuales a su vez pueden seraceleradas separadamente y usadas paracrear nuevos productos.

%tilizando estos medios, la Jísica departículas descubrió desde los aos H3 unverdadero submundo/, de más de 133partículas y antipartículas.

)n los inicios de la década de los 83,agrupándose las partículas conocidas de

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acuerdo con las propiedades que evidenciaban, fue posible constatar algoseme4ante a lo que pasaba con :endeleev y su ;abla <eriódica un siglo antes. )stasistematización fue propuesto por BePeman y Eell0:an, independientemente, ypermitió no solo prever la existencia de otras partículas, que fueron siendodescubiertas en los aos siguientes, sino también percibir que aquella organización

debería tener algo subyacente com$n en su estructura interna.

LQUARSM

 )n 1.98Q, Eell0:ann y RDeig verificaron, también de forma independiente, que lasistemática de las partículas descubiertas se tornaba comprensible si ellas estabanconstituidas por quarIs/, partículas elementales de carga eléctrica ST0 FTH e y ST01TH e !siendo e la carga del protón. 6os protones y neutrones, por e4emplo, estaríanconstituidos por combinaciones de quarIs, en concreto del quarI u !de carga S FTHe" y del quarI d !de carga01TH e"# el con4unto uud !carga FTH e SFTH e 01THe U e"corresponde al protón# el con4unto udd !carga FTH e 01TH e01TH e U 3" correspondeal neutrón.

 6os quarIs fueron descubiertos experimentalmente durante la década de los ?3 yel $ltimo de ellos, el quarI t, solo fue detectado en 1.99K. e conocen hoy 8 tiposde quarIs y sus respectivos antiquarIs, y en cualquier caso son siempre detectadosen asociaciones de un quarI y un antiquarI, el mesón/, o de tres quarIs, el

 barión/, y aunque se haya aplicado enorme esfuerzo en la observación de quarIsaislados, nunca se han detectado.

MODELO PATRON "#$%& '()*

eg$n el actual :odelo <atrón de la Jísica, toda la materia que conocemos estacompuesta de tres tipos fundamentales de partículas, quarIs, leptones, y bosones opropagadores de fuerza. <ara cada quarI o leptón, existe siempre un antiquarI yun antileptón con carga de signo opuesto. )stas partículas interact$an a través de Qfuerzas fundamentales !incluida la gravitacional", siendo los bosones las partículasa través de las cuales esa interacción ocurre> los bosones V y R están asociados ala fuerza nuclear débil# el fotón, la fuerzaelectromagnética# los gluones, la fuerzafuerte que liga, por e4emplo, los quarIs enprotones y neutrones, y 1 quarI y unantiquarI en un mesón. ;odas estaspartículas son ahora producidas enaceleradores de partículas.

A energías muy elevadas, como las queparecen haber caracterizado los instantesiniciales de formación de nuestro %niverso, elmodelo patrón prevé que las fuerzas débil yelectromagnética sean unificadas en una$nica fuerza0débil. )n el mundo de las ba4asenergías en que ahora vivimos, estas fuerzasse manifiestan de manera muy diferente# unode los modelos sobre el mecanismo por elcual ellas se pueden haber diferenciado prevé

la existencia de una nueva partícula !el boson=igss", aunque no detectado

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experimentalmente &tal vez porque su enorme masa ha estado más allá de lasposibilidades energéticas de los actuales aceleradores de partículas. on todo,modelos más comple4os prevén no un =iggs, sino una familia de cuatro o máspartículas y también que alguno de los quarIs puedan tener estructura interna,perdiendo así el estatuto de partículas fundamentales.

'N=emos llegado casi a tocar la unidad esencial de constitución de la BaturalezaON)xistirá ese bloque fundamental a costa del cuál todo se construye como uncreativo 4uego de 6ego/O Lonocemos tanto, y al mismo tiempo, hay tanto que nosabemosM 6a ciencia ha progresado a una velocidad vertiginosa en conocimiento ycomprensión de la estructura de la materia en los dos $ltimos siglos# en tanto,muchas y fundamentales preguntas contin$an sin responder'M

)llas tienen importantes consecuencias para la compresión de la génesis de nuestro%niverso, como será desarrollado en la segunda parte de este artículo !a publicaren próximo n$mero"

Antes de terminar, se nos ocurre reproducir la afirmación, bien digna deconsideración, de =.<. ClavatsIy en su -octrina ecreta/, sobre la naturalezailusoria de la materia y la infinita divisibilidad del átomo/. )llo fue escrito hace casi1F3 aos, antes de que se experimentase la divisibilidad del átomo y mucho antesde las sucesivas divisiones de las partículas que lo constituyen !ver arriba".)xtraas en la época en que fueron escritas, esas palabras se confrontan hoy conuna interrogación que algunos pueden considerar perturbadora y que, todavía, en elactual momento de la ciencia, puede perfectamente ser admitida como una seriahipótesis de traba4o> Nerá el átomo divisible infinitamente hasta que, nada,ob4etivamente, quedeO

Liliana FerreiraLicenciada en Física; doctora en Física de Radiación;Profesora e investigadora en el Departamento de Física de la Universidad deCoimbra.