La historia se inicia en el mismo momento en que el hombre comenzó  a registrar la existencia de una fuerza misteriosa que lo atraía hacia la superficie de la tierra.

A lo largo de la historia aparecieron otras, tan inexplicables como la primera, son las que hoy conocemos vulgarmente como fuerza magnética, producida por los imanes y fuerza electros-     tática producida por algunos matriales como el vidrio y los plásticos después de ser frotados, con un paño de lana, seda o de un tejido adecuado.

Surgió la ciencia y poco a poco estos fenómenos fueron estudiados en profundidad, mejor interpretados y descriptos mediante el lenguaje de la matemática...

En 1930 se conocian dos fuerzas naturales, por un lado la fuerza gravitatoria, de alcance infinito y la fuerza electromagnética, conjunción de la fuerza magnética, producida por los imanes y la fuerza electrostática, generada por la presencia de cargas eléctricas.

El estudio sistemático de la fuerza gravitatoria había sido comenzado por Newton, quien mediante su célebre fórmula de la gravitación universal logró cuantificarla.

No obstante ello Newton no podía explicar la razón de la existencia de los campos gravitatorios.

Mas tarde Einstein logra dar una explicación del origen del campo gravitatorio a través de la teoría general de la relatividad.

Las fuerzas electrostáticas y las magnéticas fueron estudiadas por Coulomb, quien con sus mediciones logró inferir su ley de cuantificación de los campos mencionados.

Las leyes que permiten cuantificar los efectos de los campos electrostático y magnético tienen una similitud con la ley de Newton habida cuenta de que se trata de fuerzas que varian en proporción inversa al cuadrado de la distancia.

Por su origen común, las interacciones producidas entre cargas eléctricas y las producidas entre imanes se unificaron y actualmente las lama fuerza electomagné-tica, esto es razonable ya que la fuerza electrostática tiene como soporte la exis-tencia del electrón, el cual estando en reposo, genera el campo electrostático mientras que estando en movimiento da origen al campo magnético.

El electrón es una partícula descubierta a principios de siglo, tiene una carga de 1,6x10 ^-19 Coul y una masa de 9,1x10 ^-31 kg.

Es ilustrativo calcular la relación existente entre la fuerza electrostática y la fuerza gravitatoria que se produce dentro de un átomo de hidrógeno.

La relación entre la fuerza electrostática y la fuerza gravitatoria se puede obtener a partir de los resultados anteriores:

Como se puede observar, a ese nivel, la magnitud de la fuerza elecrtostática es muy superior a la de la fuerza gravitatoria.

Las fuerzas electrostáticas son enormes, mucho mas grandes que las gravitatorias, como acabamos de observar, un ejemplo mas dramático lo podemos observar mediante la siguiente configuración:

Supongamos que se podiera cargar dos pelotas de fútbol con una carga de un coulomb y separarlas una distancia de 1 km, es decir, 1000 metros, aplicando la ley de Coulomb y calculando su valor podemos obtener:

Esta fuerza es aproximadamente de una tonelada, siguiendo la idea de tener una figura concreta podemos decir que esta fuerza es capaz de levantar un auto mediano hasta una altura de 1000 metros.

El ejemplo da una idea clara de la enorme magnitud de las fuerzas electrostáticas. ¿Entonces porqué no se nota en la vida cotidiana?

En primer lugar porque las cargas habituales son muy pequeñas, tanto es así que si considramos a la tierra como un cuerpo susceptible de ser cargado, la carga máxima que admitiría sería muy inferior a 1 Coul.

Por otra parte la enorme energía transmitida por las lineas eléctricas, por ejemplo El Chocón, es transportada por medio de una cierta cantidad de electrones.
 

Ingresemos al mundo del átomo. Sabemos que todos los elementos químicos están constituídos por dos elementos fundamentales, el nucleo y el electrón.

Dentro de un esquema muy elemental podemos considerar al atomo como un sistema planetario, con el nucleo en su centro y los electrones moviéndose alre-dedor del nucleo en órbitas aproximadamente circulares.

El nucleo, por su parte, está constituído por dos partículas fundamentales llamadas protones y neutrones cuyas características se indican el la siguiente tabla:
 
 

Partícula	Carga	Masa
Protón	+ 1.6x10-19 Coul	1.6722x10-27 kg
Neutrón	0 Coul	1.6744x10-27 kg

La identidad de los átomos está dada por el llamado número atómico, es la cantidad de protones que existen en el nucleo, así las cosas, el átomo mas simple es el correspondiente al hidrógeno que cuenta con un solo protón en su nucleo, siguiendo en orden ascendente encontramos al He con dos protones y dos neutrones, al litio, con tres protones, etc sobre el final de la tabla se encuentra el uranio que tiene 92 protones. Es de hacer notar que el único átomo que no tiene neutrones es el átomo del hidrógeno, todos los demás tienen una cantidad de neutrones que aumenta con la cantidad de protones.
 

Analicemos lo dicho en la primera parte y pensemos que estamos aqgrupando protones en un espacio muy pequeño, del orden de 10^-15 metros, en efecto junta-mos partículas que tienen una fuerza de repulsión gigantezca y los empaquetamos en un recipiente de muy pequeño, esto nos hace sospechar que la fuerza de repul-sión será considerable, supongamos que tenemos un átomo constituído por dos protones separados una distancia de 10^-15 metros y efectuemos el cálculo usando la ley de Coulomb:

La magnitud de la fuerza es considerable, entonces debe existir algún tipo de pegamento con la capacidad suficiente para mantener unidos esos elementos.

Esta fuerza es tan grande que se llamó interacción fuerte, también fuerza fuerte, este nombre es razonable debido a que puede compensar una fuerza tan grande como la de repulsión de los protones.
 

Los avances producidos especialmente en el campo de la física matemática, los cuales se verifican experimentalmente posteriori, llevaron a aceptar el principio de incertidumbre de Heisenberg, bastante dificil de elementalizar y de entender si se está fuera del campo de la física, no obstante usaremos el principio con la úni-ca intención de marcar el camino que llevó a los físicos a pensar en la existencia de la partícula virtual.

Haciendo un esfuerzo mental podemos razonar como lo hicieron los físicos que estudiaron las partículas después de Heisenberg y pensar en que toda partícula, no olvidar que estamos en el campo de lo ínfimo en cuanto a su tamaño, y creer que las citadas partículas pueden fluctuar de tal manera que se conviertan en dos durante un pequeñísimo intervalo de tiempo y que luego retorne a su unidad original, desde esta perspectiva la partícula no puede ser imaginada como algo in-mutable, digamos, como algo sólido, como un pequeñísimo granito de arena.

Para estudiar las partículas se debe aceptar la licencia de admitir que en el mundo de lo muy pequeño ocurren estas cosas que no se verifican en los objetos habituales de la vida cotidiana.

En efecto, el principio de Heisenberg, aplicado a las partículas virtuales se puede interpretar admitiendo que si una partícula virtual es emitida por un nucleo, y recuperada por el mismo en un tiempo muy pequeño, no se puede llegar a detectar la variación de masa que experimentó el la partícula generadora.

Mediante cálculos apropiados se pudo predecir que una partícula virtual que tuviera la masa de un protón podía recorrer una distancia del órden de los 10^-16 metros en un tiempo tal que no podría llegar a detectarse el fenómeno, siempre según lo postulado por el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Siguiendo esta linea de pensamiento queda claro que la partícula virtual se crea en la partícula madre, recorre una cierta distancia de ida y vuelta regresando a su origen en un tiempo tal que no permite su deteción.

Si en el camino de recorrido de la partícula virtual se encuentra un protón, éste la puede capturar, sin que esto permita detectar una una violación del principio de conservación de la energía ni de la masa.

El fenómeno explicado se llama intercambio de una partícula virtual.
 

En el año 1934 el físico japonés Hideki Yukawa publicó un artículo en el que demostraba que si dos protones intercambiaban partículas virtuales se obtenía como resultado la aparición de una fuerza de atracción entre ellos.

También concluía en que si las partículas virtuales tuvieran una masa del orden de 1/9 de la masa del protón, la fuerza sería tan intensa que podría anular la repulsión entre protones manteniéndolos unidos.

En otros términos, el intercambio de partículas virtuales entre los protones de un nucleo generaría la enorme fuerza requerida para mantenerlos ligados.

. También se puede pensar que la partícula producida y absorbida por protones se comporta como lo hace el fotón cuando interactúa con los átomos.

Cabe destacar que en el momento en que Yukawa publicó su hipótesis no se tenía evidencia experimental de la existencia de tal partícula. Este hecho hace recordar la presentación de la hipótesis de De Broglie expuesta en condiciones similares.

Según los cálculos de Yukawa la partícula a la cual aludía debía tener una masa del orden de 2,5x10^-28 kg, unas 250 veces la masa del electrón y además ser inestable y neutras o con carga.

Estas partículas con masa comprendida entre las masas del electrón y del protón se las llamó mesotrones (meso = entre). Con el tiempo el nombre se abrevió y se llaman actualmente mesones.
 

En 1937, solo dos años después de la presentación de la hipótesis de Yukawa se encontró una partícula que a primera vista parecía ser el mesotrón. Se deter-minó que a pesar del parecido no congeniaba con la condición de actuar intensamente con los nucleos.

En 1947 se detectaron otras partículas que presuntamente cumplian con la propuesta de Yukawa, en este caso se verificó la afinidad para actuar con los nucleones, los resultados experimentales demostraron que esta sí era la partícula que Yukawa había imaginado y se las llamó mesones  para diferenciarlos de los descubiertos en 1937 los cuales se llamaron mesones .

Investigaciones posteriores permitieron descubrir otras propiedades de los mesones, algunas de ellas se enuncian en la siguiente tabla:
 
 

Partícula	Nombre	Carga	Masa (me)	Vida media (seg)
	Pión +	+	273	2.5x10-8
	Pión	-	273	2.5x10-8
	Pión -	0	264	2.2x10-15
	Muón +	+	207	2.2x10-6
	Muón -	-	207	2.2x10-6

En un principio se estudiaron las fuerzas gravitatoria, electrotática y magnética, que fueron las fuerzas detectadas en un principio en los fenómenos naturales.

La fuerza electrostática en el nivel atómico es mucho mas intensa que la atrac-ción gravitatoria, de hecho, es mucho mas intensa que la gravitaroria.

El problema surge en el momento en que se trata de explicar cuál es la fuerza que mantiene unidos a los protones en el interior de los núcleos atómicos a pesar de la intensidad de su fuerza d repulsión.

Hidaki Yukawa propone la existencia de una partícula que sería la responsable de la existencia de esa fuerza, es decir, la responsable de la atracción es una partícula que da origen al campo de fuerzas de atracción.

Posteriormente se descubren las partículas propuestas y se llaman mesones.

Hay dos hechos notables, el primero se refiere a la idealización de una partícula para poder explicar un fenómeno, sin tener evidencia experimental previa y el segundo a la interpretación de que una partícula, el meson, tiene la responsabilidad de producir un campo de fuerzas de atracción actuando como el pegamento que mantiene armados a los nucleos de los átomos.
 

        Rubén Víctor Innocentini

      rubenprofe@yahoo.com.ar
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Buenos Aires, 14 de junio de 2002