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Cuidadito con las analogías (1)

Introducción a la serie: NO se trata de prohibir el uso de las analogías (¡qué íbamos a hacer entonces los que no somos expertos y aun ellos!) sino, eso, de tener cuidadito… Sobre todo si eres profesor o divulgador, es tu obligación, creo, conocer sus límites.

Los quarks no son bloques de Lego que se unen para formar partículas

Yo -que soy profesor de Física y Química en Secundaria- creo que es un escándalo que a estas alturas a (muchos) alumnos de 3º de E.S.O. se les enseñe que mediante los experimentos de Rutheford se descubrió el núcleo atómico y también que dentro hay protones y neutrones de modo que parece que protones, neutrones y electrones son partículas elementales, o incluso las partículas elementales de las que todo está hecho…

Ante eso, lo primero que se me viene a la cabeza es que tiene narices que (si se cree que hay que hablar de tales cosas en 3º de E.S.O.) no se vaya un pasito más allá y se explique que justamente mediante el mismo tipo de experimentos (dispersión de partículas) se descubrió hace ya bastante (más de treinta años) que igual que dentro de los átomos había “algo duro y pequeño” (el núcleo), dentro de los protones también; los quarks (cuyo solo nombre no nos ha de asustar).

Ahora vas y dices que las partículas elementales, entre ellos los quarks, son las piezas más básicas de las que todo está compuesto y no es raro caer en la analogía del Lego

El Universo y los bloques fundamentales de los que todo esta hecho. Figura obtenida mediante el programa “Lego Digital Designer”, de Lego ©

Pues bueno, para empezar la dispersión del experimento de Rutherford (dispersión elástica de partículas alfa) NO es igual que la de los experimentos de dispersión inelástica profunda de electrones que Friedman, Kendall y Taylor llevaron a cabo entre 1966 y 1978 (aquí se explica muy bien en inglés, estos lo comparan con lo de Rutherford y esto otro, en español, hay que leerlo con más precaución).

Aún peor es la analogía de las partículas elementales con bloques de una construcción; el modo en el que un protón está compuesto por quarks es infinitamente más dinámico que lo sugerido por esa analogía. Veamos dos muestras (relacionadas):

  • La masa del protón y la masa de los quarks

http://www.frankwilczek.com/Wilczek_Easy_Pieces/342_Origin_of_Mass.pdf

http://www.aip.org/pt/nov99/wilczek.html

  • El misterio del spin del protón

http://www.isgtw.org/feature/case-missing-proton-spin

http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2011/06/07/the-case-of-the-missing-proton-spin/

Yo encargué y utilizo la siguiente imagen del átomo de hidrógeno (¡no a escala!) que también usa en sus charlas algún profesional de la física.

El átomo de hidrógeno (no a escala) con un núcleo compuesto por tres quarks (uud) unidos por gluones (g). El electrón y el núcleo están ligados mediante fotones (γ). Dibujo de Alberto Izquierdo Adeva (de aquí)

Pero hay gente más cuidadosa, como los físicos del laboratorio DESY en Hamburgo que usan esto (donde, además de los tres quarks de valencia, aparecen los gluones y pares quark – antiquark virtuales, etc.):

Fuente: DESY (Hamburgo)

e incluso esto, con spines y todo:

Fuente. DESY (Hamburgo)

Aún más. Todas esas partículas salvo los tres “quarks de valencia”  y los electrones son virtuales, concepto notablemente resbaladizo (leer esto, por ejemplo, o esto, donde dice “Virtual Particles: Not Particles At All”. En castellano se puede leer esto que está en un artículo de Francis Villatoro muy interesante sobre Mitos del bosón de Higgs ).

Y teniendo todo eso en cuenta, ¿hay que usar la analogía?

Para empezar la discusión, aquí hay un enlace con más información.