El electrón: la partícula responsable de que nada toque nada

 ¿Sabías que tus zapatos nunca tocan realmente el suelo? ¿O que nunca llegas a tocar la piel de otra persona cuando la acaricias? Pues así es, y todo es culpa de los electrones.

Hace 126 años, el 30 de abril de 1897, para ser precisos, en su laboratorio de Cavendish, parte de la Universidad de Cambridge, el físico Joseph John Thomson revolucionaba el mundo científico abriendo paso, por primera vez, a la física de partículas.

En un experimento con los llamados rayos catódicos, descubrió el electrón, la partícula elemental de carga negativa (él en ese momento lo denominó corpúsculo). Además, fue capaz de establecer que esa nueva partícula tenía una carga y una masa muy inferior a la del átomo de hidrógeno, el más ligero conocido en ese momento.

Hasta el momento de este descubrimiento, se pensaba que el átomo era indivisible y no era concebible la existencia de elementos más pequeños que lo formaran. Por esta razón, a pesar de la reputación y del populismo de Thomson como científico, su hallazgo fue algo difícil de creer en un primer momento.

Sin embargo, pronto se estipuló como un hecho que ha ido dando forma a la materia, ayudando a conocer la mayoría de sus propiedades hasta día de hoy. Sin embargo, siguen existiendo ciertas incógnitas alrededor de él

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EL DESCUBRIMIENTO: LOS RAYOS CATÓDICOS

Para llevar a cabo su hallazgo, Thomson usó una lámpara de vacío, es decir, un tubo donde hizo vacío en su interior. Dotó un extremo de un electrodo positivo, un ánodo, y el otro de un electrodo negativo, un cátodo, de forma que la corriente comenzó a fluir entre ambos dando lugar a unos rayos de electrones conocidos como rayos catódicos. Claro está, en aquel momento, Thomson desconocía que se trataba de electrones únicamente y asumía que los rayos eran átomos, simples e indivisibles.

Para visualizarlos, dotó el final del tubo de una pantalla fluorescente que le permitía ser consciente del punto en el que se “estrellaban” los rayos contra el extremo y observó tranquilamente que la línea de partículas era recta. Sin embargo, para su sorpresa, descubrió que al colocar un imán a ambos lados del tubo, el punto donde llegaban los rayos subía o bajaba dependiendo de la colocación de los polos del imán, es decir, los rayos se curvaban. Cuando Thomson colocaba el polo negativo por la parte baja, los rayos se curvaban hacia arriba, mientras que si lo colocaba por la parte superior, la curvación era hacia la parte superior.

La única explicación a este fenómeno era que esos rayos no fuesen átomos neutros, como él pensaba, si no algún tipo de partículas con carga negativa que se curvaban debido a la repulsión con el polo de su misma carga. A partir de este momento, los experimentos de Thomson continuaron. Descubrió que si colocaba aspas delante de los rayos, estas se movían, lo cual significaba que estas nuevas partículas tenían masa. Asimismo, vio que al modificar el vacío de dentro del tubo, y llenarlo de cualquier gas, la naturaleza de las partículas no cambiaba, convirtiéndolas en partículas universales.

El físico irlandés George Jonhstone Stoney propuso bautizar a esas nuevas partículas con el nombre de electrones, bajo el supuesto de que se trataban de partículas elementales de electricidad o, tal y como las conocemos actualmente, cargas eléctricas fundamentales.

FUNDAMENTALES PERO AÚN DESCONOCIDOS

Estudios posteriores permitieron seguir descubriendo nuevas propiedades de estas partículas y caracterizarlas lo máximo posible. Así es que, a día de hoy, se sabe que son partículas que forman los átomos, aportando carga negativa, y que se sitúan en su parte más externa, colocados en diferentes capas (tal y como si fuese una nube electrónica) y pudiendo promocionar de unas a otras absorbiendo o emitiendo energía.

La mayoría de las propiedades de los electrones son conocidas y comprendidas por parte de la comunidad científica, pero existen aún muchas que siguen siendo un misterio. Por ejemplo, se conoce y entiende el funcionamiento de todas sus interacciones posibles: la gravitatoria debido a su masa, la electromagnética debido a su carga, y la interacción débil debido a su carácter subatómico. Sin embargo, no hay aún explicación para la magnitud de su masa, ni tampoco para el valor de su carga eléctrica: el electrón es 2.000 veces más ligero que el protón aunque posee su misma carga pero en negativo, y nadie sabe cuál es la explicación.

ELECTRONES: LOS GRANDES RESPONSABLES

Los electrones dan forma a los átomos y llenan su capa más externa, por lo cual, por ser los átomos las partículas que forman la materia, los electrones se convierten en los grandes responsables de todas las propiedades de interacción entre ella. Es decir, cada vez que un átomo se encuentra cerca de otro, ya sea dentro del mismo objeto, o por dos diferentes que se juntan, los electrones juegan el papel principal. El ejemplo más simple son los colores.

Se sabe que los responsables de dar color a los objetos son los fotones: su frecuencia de vibración determina unos u otros tonos dentro del espectro de colores. Cuando los fotones llegan a los objetos, hay algunos que se absorben y otros que se reflejan, siendo el conjunto de todos estos reflejados los que aportan el color que vemos a un objeto. Pero, ¿sabías que son los electrones los encargados de determinar cuales son los fotones que se absorben y cuales los que se reflejan? 

Para pasar de una a otra capa en la corteza del átomo, los electrones necesitan absorber una energía que les permita ejecutar ese salto. Cuando el fotón llega, el electrón podrá absorber aquellos con la energía justa para realizar su salto y excitarse a una capa más alta. Los no absortos se reflejan, aportando al objeto el color que llega a los ojos del observador.

NADA TOCA NADA

Quizás, una de las consecuencias más curiosas de la existencia de los electrones es que, realmente, nada está en contacto con nada. Es decir, por ser todos los electrones de carga negativa, es decir, con la misma carga, sienten repulsión entre ellos, de forma que se necesita una gran fuerza para acercarlos, siendo imposible alcanzar un cierto contacto. Por lo tanto, realmente, ningún objeto llega nunca a estar en contacto con otro, pues los electrones de sus partes más externas se repelen entre ellos.

¿Quiere esto decir que los zapatos nunca tocan realmente el suelo? ¿O que tu mano nunca llega a apoyarse sobre una mesa o a tocar la piel de otra persona cuando la acaricias? Así es. En todo momento, la fuerza de repulsión entre los electrones evitaráque los átomos que componen tu piel, los zapatos, el suelo, las superficies, las sustancias… se pongan en contacto. La sensación de contacto viene entonces de una simple reacción en cadena: los electrones sienten la fuerza de repulsión, son empujados hacia atrás, empujando al conjunto de los átomos que forman, y con ello tu piel, lo que aporta la sensación de entrar en contacto.

Esta es también la razón que explicaría por qué que una persona atraviese paredes se vuelve prácticamente imposible: los electrones de los átomos externos de la pared interactuarían con los externos de tu propio cuerpo impidiendo, por esa fuerza de repulsión, que se funda con el de la superficie, por mucha fuerza que hagas. De hecho, no solo no la atravesarías, si no que jamás llegarías a tocarla.

Aunque es cierto que existe una pequeña brecha en esa última teoría. En verdad, la mecánica cuántica sostiene que sí existe una pequeña posibilidad de que un ser humano pueda atravesar una pared, debido al efecto túnel. Aún así, la probabilidad es una entre un sextillón, es decir, un cero seguido de 35 ceros decimales: algo tan pequeño e improbable que no se considera factible que pueda suceder.