¿Alguna vez te has preguntado de qué está hecho realmente el cobre que sale de Chuquicamata? ¿O cómo el desierto de Atacama, con sus cielos más claros del mundo, nos ayuda a estudiar partículas que vienen del espacio? Las partículas elementales son los 'átomos' de la realidad: los componentes más pequeños que, combinados, forman todo lo que ves, tocas y mides... ¡incluyendo tu mismo cuerpo y el examen PAES que viene! En este glosario, vamos a desarmar el universo como si fuera un rompecabezas de 17 piezas fundamentales. Desde el electrón que hace funcionar tu celular hasta los neutrinos que atraviesan la Tierra sin dejar rastro, pasando por el bosón de Higgs que da masa a todo lo que existe. Cada término incluye ejemplos con lugares que conoces: desde las salas de clases en Santiago hasta los observatorios en el norte. ¡Prepárate para ver el mundo con otros ojos!
Astrofísica
- materia oscura (noun) /maˈte.ɾi.a osˈkuɾ.ma/
- Forma hipotética de materia que no emite ni absorbe luz, pero cuya existencia se infiere por sus efectos gravitacionales en galaxias y cúmulos de galaxias.
Constituye aproximadamente el 27% del universo, pero no sabemos de qué está hecha. ¡Es uno de los mayores misterios de la física moderna!
Los astrónomos en el Observatorio Paranal (Región de Antofagasta) estudian el movimiento de estrellas en galaxias para detectar la presencia de materia oscura.
- rayos cósmicos (noun) /ˈra.xos ˈkoz.mi.kos/
- Partículas de alta energía provenientes del espacio exterior que bombardean constantemente la Tierra. Incluyen protones, núcleos atómicos y otras partículas.
Sinónimos : radiación cósmica
Son mensajeros del universo que nos traen información de fenómenos violentos como supernovas y agujeros negros.
En el Observatorio Pierre Auger, ubicado cerca de Malargüe (Mendoza, Argentina), pero visible desde la Región de Coquimbo, se estudian rayos cósmicos de ultra alta energía.
Física de partículas
- antipartícula (noun) /an.ti.paɾˈti.ku.la/
- Partícula con la misma masa pero carga opuesta a una partícula elemental. Cuando una partícula y su antipartícula se encuentran, se aniquilan liberando energía.
Sinónimos : antimateria
Son como los 'gemelos malvados' de las partículas: idénticos pero con carga opuesta.
En los aceleradores de partículas del CERN, se crean pares de electrones y positrones (su antipartícula) para estudiar sus propiedades.
- bosón (noun) /boˈson/
- Partícula elemental que obedece la estadística de Bose-Einstein y puede ocupar el mismo estado cuántico. Son responsables de transmitir las fuerzas fundamentales.
Sinónimos : partícula mensajera, partícula de fuerza
Son los 'mensajeros' que permiten que las partículas interactúen entre sí.
El fotón, que permite que veas la pantalla de tu celular en la oscuridad de tu pieza, es un bosón.
- bosón de Higgs (noun) /boˈson de ˈiɣis/
- Bosón asociado al campo de Higgs que da masa a las partículas elementales. Su descubrimiento en 2012 confirmó una pieza clave del Modelo Estándar.
Sinónimos : partícula de Dios
Es la partícula que explica por qué las cosas tienen masa y no son solo energía pura moviéndose a la velocidad de la luz.
Si no existiera el bosón de Higgs, los electrones no tendrían masa y los átomos no podrían formarse, por lo que ni tú ni tu cuaderno de PAES existirían.
- bosón W (noun) /ˈboson ˈdoble ve/
- Bosón cargado eléctricamente que media la interacción débil. Responsable de procesos como la desintegración beta y la fusión nuclear en el Sol.
Es la partícula que permite que los neutrones se conviertan en protones (y viceversa) en ciertos tipos de radiactividad.
En el decaimiento radiactivo del potasio-40 presente en los plátanos que comes en Viña del Mar, los bosones W juegan un papel clave.
- bosón Z (noun) /ˈboson ˈzeta/
- Bosón neutro que media la interacción débil. Es su propio antipartícula y permite interacciones que no cambian la carga eléctrica de las partículas.
Es el mensajero de la interacción débil que no altera la carga eléctrica de las partículas involucradas.
Cuando estudias la radiactividad en el laboratorio de tu colegio en Concepción, los bosones Z pueden estar involucrados en ciertos procesos.
- electrón (noun) /eˈlek.tɾon/
- Leptón con carga eléctrica negativa que orbita alrededor del núcleo atómico. Es responsable de las propiedades químicas y de la electricidad.
Es la partícula que hace posible la corriente eléctrica y la electrónica moderna.
Cuando cargas tu celular en la casa de tus abuelos en Valparaíso, los electrones fluyen por el cable hacia la batería.
- fermión (noun) /feɾˈmjon/
- Partícula elemental que obedece la estadística de Fermi-Dirac y cumple el principio de exclusión de Pauli. Incluye quarks y leptones, formando toda la materia conocida.
Sinónimos : partícula de materia
Son los 'ladrillos' que construyen la materia: no pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo.
El electrón en el átomo de hidrógeno que estudias en química es un fermión que gira alrededor del protón.
- fotón (noun) /foˈton/
- Bosón sin masa que media la interacción electromagnética. Es la partícula asociada a la luz y a todas las ondas electromagnéticas.
Sinónimos : cuanto de luz
Es la partícula que hace posible la visión, la fotosíntesis y las comunicaciones inalámbricas.
Cuando enciendes la lámpara de tu pieza en Santiago, los fotones viajan desde el filamento hasta tus ojos en menos de una millonésima de segundo.
- gluón (noun) /ˈɡlwon/
- Bosón sin masa que media la interacción fuerte, manteniendo unidos a los quarks dentro de protones y neutrones.
Es el 'pegamento' que mantiene unido el núcleo atómico y permite la existencia de la materia estable.
Los gluones son los responsables de que los quarks en el núcleo de los átomos de hierro en el mineral de hierro de la mina de El Toqui (Aysén) permanezcan unidos.
- hadron (noun) /ˈa.ðɾon/
- Partícula compuesta por quarks unidos por gluones. Se clasifican en bariones (tres quarks) y mesones (un quark y un antiquark).
Son las partículas que sientes y tocas: protones, neutrones y sus combinaciones forman toda la materia visible.
El protón que encuentras en el núcleo de los átomos de hidrógeno en el agua mineral de San Alfonso (Cajón del Maipo) es un hadrón.
- interacción débil (noun) /in̪.teɾakˈθjon ˈde.βil/
- Fuerza fundamental responsable de procesos como la desintegración beta y la fusión nuclear en estrellas. Es mucho más débil que la interacción fuerte o electromagnética.
Sinónimos : fuerza nuclear débil
Aunque es débil, es crucial para la vida: permite que el Sol brille y que los elementos pesados se formen en las estrellas.
La desintegración radiactiva del carbono-14, que se usa para datar momias en museos de Santiago, ocurre mediante interacción débil.
- interacción fuerte (noun) /in̪.teɾakˈθjon ˈfweɾ.te/
- Fuerza fundamental que mantiene unidos a los quarks dentro de protones y neutrones, y a estos dentro del núcleo atómico. Es la más intensa de las cuatro interacciones fundamentales.
Sinónimos : fuerza nuclear fuerte, cromodinámica
Es la fuerza que vence a la repulsión eléctrica entre protones en el núcleo atómico, permitiendo la existencia de átomos pesados como el uranio.
Sin la interacción fuerte, los protones en el núcleo de los átomos de oro de las joyas que usas en una fiesta en Santiago se repelerían y el oro no existiría.
- interacción fundamental (noun) /in̪.teɾakˈθjon fun.daˈmen̪.tal/
- Cuatro fuerzas básicas que gobiernan todas las interacciones en el universo: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.
Sinónimos : fuerza fundamental
Son las 'reglas del juego' que determinan cómo se mueven y transforman las partículas elementales.
La interacción electromagnética mantiene a los electrones girando alrededor del núcleo atómico en los átomos de silicio de los chips de tu computador.
- leptón (noun) /lepˈton/
- Fermión fundamental que no experimenta interacción fuerte. Incluye al electrón, muón, tau y sus neutrinos asociados.
Son partículas ligeras que no están atrapadas en el núcleo atómico y pueden viajar largas distancias.
El electrón que circula por los cables de cobre en el metro de Santiago es un leptón.
- Modelo Estándar (noun) /moˈde.lo esˈtan.daɾ/
- Teoría física que describe las partículas elementales conocidas y sus interacciones fundamentales mediante tres familias de fermiones y cuatro bosones mediadores.
Sinónimos : teoría estándar de partículas
Es la 'receta de cocina' del universo: explica de qué está hecho todo y cómo se relacionan las piezas.
Cuando estudias química en el liceo y aprendes que el átomo tiene protones, neutrones y electrones, estás viendo una simplificación del Modelo Estándar.
- neutrino (noun) /neuˈtɾi.no/
- Leptón neutro y extremadamente ligero que interactúa muy débilmente con la materia. Viaja a velocidades cercanas a la de la luz y puede atravesar la Tierra sin detenerse.
Sinónimos : partícula fantasma
Son las 'partículas fantasma' que nos traen información directa del corazón de las estrellas y de los primeros instantes del universo.
Cada segundo, billones de neutrinos provenientes del Sol pasan a través de tu cuerpo sin que lo notes, incluso mientras duermes en Antofagasta.
- neutrón (noun) /neuˈtɾon/
- Hadrón sin carga eléctrica compuesto por un quark up y dos quarks down. Estabiliza el núcleo atómico al neutralizar la repulsión entre protones.
Sin neutrones, los núcleos atómicos se desintegrarían por la repulsión eléctrica entre protones.
En el reactor nuclear de La Reina (Santiago) se manipulan neutrones para generar energía eléctrica.
- partícula elemental (noun) /paɾˈtiku.la e.le.menˈtal/
- Partícula subatómica que no puede ser dividida en componentes más pequeños según el Modelo Estándar. Son los 'ladrillos básicos' que componen toda la materia y energía del universo.
Sinónimos : partícula fundamental, partícula subatómica
Son los componentes indivisibles que forman átomos, moléculas y toda la materia conocida.
El electrón que gira alrededor del núcleo atómico en los átomos de cobre de Chuquicamata es una partícula elemental.
- protón (noun) /pɾoˈton/
- Hadrón compuesto por dos quarks up y un quark down, con carga eléctrica positiva. Forma parte del núcleo atómico junto con los neutrones.
Su carga positiva mantiene a los electrones en órbita y define el elemento químico.
El núcleo de un átomo de hidrógeno en el agua que tomas en Concepción contiene un solo protón.
- quark (noun) /kwaɾk/
- Fermión fundamental con carga fraccionaria que nunca se encuentra aislado. Se combinan para formar hadrones como protones y neutrones.
Son los componentes más pequeños de los protones y neutrones que forman el núcleo atómico.
En el núcleo de los átomos de cobre de Chuquicamata hay protones y neutrones, que a su vez están hechos de quarks up y down.
Física nuclear
- decaimiento radiactivo (noun) /de.ka.iˈmjen̪.to ra.djoakˈti.βo/
- Proceso en el cual un núcleo atómico inestable pierde energía emitiendo partículas o radiación electromagnética para alcanzar un estado más estable.
Sinónimos : desintegración radiactiva, radiación nuclear
Es el 'reloj' natural que permite datar fósiles, rocas y hasta el agua que bebemos en el norte de Chile.
El uranio-238 presente en el suelo de la Región de Antofagasta sufre decaimiento radiactivo, liberando partículas alfa que pueden detectarse con instrumentos especiales.
- energía de enlace (noun) /eˈneɾ.xi.a ðe enˈlaθe/
- Energía necesaria para separar un núcleo atómico en sus protones y neutrones constituyentes. Es una medida de la estabilidad del núcleo.
Sinónimos : energía de ligadura
Mientras mayor sea la energía de enlace por nucleón, más estable es el núcleo atómico.
El núcleo de helio-4 (partícula alfa) tiene una alta energía de enlace, lo que explica por qué es tan estable y se usa en reacciones de fusión nuclear.
Instrumentación
- acelerador de partículas (noun) /ak.se.le.ɾaˈðoɾ ðe paɾˈti.ku.las/
- Dispositivo que acelera partículas cargadas a velocidades cercanas a la de la luz usando campos electromagnéticos, permitiendo estudiar colisiones a altas energías.
Sinónimos : colisionador de partículas
Son como 'microscopios superpotentes' que nos permiten ver el interior de la materia y recrear condiciones del universo primitivo.
En el laboratorio del CERN en Europa, el acelerador LHC acelera protones hasta energías de 13 TeV para estudiar partículas como el bosón de Higgs.
- detector de partículas (noun) /deˈtek.toɾ ðe paɾˈti.ku.las/
- Dispositivo que registra y mide las partículas resultantes de colisiones en aceleradores o de interacciones naturales como los rayos cósmicos.
Sinónimos : contador de partículas
Son los 'ojos' que nos permiten 'ver' partículas invisibles a simple vista, como los neutrinos o los quarks.
En el experimento ATLAS del CERN, detectores de silicio registran las trayectorias de partículas subatómicas que se producen en las colisiones de protones.
Mecánica cuántica
- principio de exclusión de Pauli (noun) /pɾinˈθi.pjo ðe eks.kluˈsjon ðe ˈpaw.li/
- Principio que establece que dos fermiones idénticos no pueden ocupar el mismo estado cuántico simultáneamente en un sistema cuántico.
Es la razón por la que los electrones en un átomo ocupan diferentes niveles de energía y por la que la materia es estable y no colapsa.
Este principio explica por qué los electrones en los átomos de los metales como el cobre en los cables de tu casa no caen al núcleo y permiten la conducción eléctrica.
- spin (noun) /spin/
- Propiedad cuántica intrínseca de las partículas que se manifiesta como un momento angular cuantizado. Puede tomar valores semienteros (fermiones) o enteros (bosones).
Sinónimos : momento angular intrínseco
Es como el 'giro' de la partícula sobre sí misma, pero sin que la partícula gire realmente en el espacio.
Los electrones tienen spin 1/2, lo que explica por qué dos electrones no pueden ocupar el mismo estado cuántico en un átomo (principio de exclusión de Pauli).
Ondas y óptica
- frecuencia (noun) /fɾeˈkwen̪.θja/
- Número de oscilaciones o ciclos completos de una onda por unidad de tiempo. Se mide en hertz (Hz) y determina el tono de un sonido o el color de una luz.
Mientras mayor sea la frecuencia, más energía transporta la onda.
La frecuencia de la corriente eléctrica en Chile es de 50 Hz, lo que significa que los electrones en los cables de tu casa completan 50 ciclos por segundo.
- longitud de onda (noun) /loŋ.ɡiˈtuð ðe ˈoŋ.da/
- Distancia entre dos puntos consecutivos en una onda que están en fase (por ejemplo, entre dos crestas). Determina propiedades como el color de la luz.
Sinónimos : lambda
Es la 'huella digital' de cada tipo de onda, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma.
La luz visible que usas para leer este glosario tiene longitudes de onda entre 400 nm (violeta) y 700 nm (rojo), mientras que las ondas de radio FM tienen longitudes de metros.
Química
- isótopo (noun) /iˈso.to.po/
- Átomos de un mismo elemento químico que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones en su núcleo.
Algunos isótopos son estables, mientras que otros son radiactivos y se usan en medicina, datación y energía nuclear.
El carbono-14, un isótopo radiactivo del carbono, se usa para datar momias en museos de Santiago y determinar la edad de fósiles en el norte de Chile.
- número atómico (noun) /ˈnu.me.ɾo aˈto.mi.ko/
- Número de protones en el núcleo de un átomo. Determina las propiedades químicas del elemento y su posición en la tabla periódica.
Es el 'DNI' de cada elemento químico: sin él, no podrías distinguir entre el oxígeno y el oro.
El cobre tiene número atómico 29, lo que significa que cada átomo de cobre en las minas de Chuquicamata tiene 29 protones en su núcleo.
- número de masa (noun) /ˈnu.me.ɾo ðe ˈma.sa/
- Suma del número de protones y neutrones en el núcleo de un átomo. Se denota con la letra A y determina la masa aproximada del átomo.
Sinónimos : masa atómica
Es el 'peso' del núcleo atómico: mientras más grande sea A, más pesado es el átomo.
El uranio-238 tiene número de masa 238, lo que significa que tiene 92 protones y 146 neutrones en su núcleo.
Relatividad
- equivalencia masa-energía (noun) /e.kwi.βa.len̪.ˈsja ˈma.sa e.neɾˈxi.a/
- Principio fundamental de la teoría de la relatividad que establece que la masa y la energía son intercambiables según la famosa ecuación de Einstein.
Sinónimos : relación masa-energía
Es la razón por la que una pequeña cantidad de masa puede liberar una enorme cantidad de energía, como en las reacciones nucleares.
En la fisión nuclear del uranio en la Central Nuclear de Lo Aguirre (Santiago), una pequeña cantidad de masa se convierte en una gran cantidad de energía eléctrica que enciende tu casa.