XVIII. LOS CONSTITUYENTES DEL N�CLEO

LOS protones y los electrones pertenecen, dentro del zool�gico cu�ntico, a un tipo de part�culas muy poco sociables pues repelen a sus semejantes. Si un prot�n, por ejemplo, tiene una cierta energ�a, o una velocidad, o una posici�n dada, en fin, si est� en un cierto estado, otro prot�n no cabe ah�. A este tipo de part�culas se les conoce con el nombre de fermiones, en honor al gran f�sico italiano Enrico Fermi. Existen tambi�n otras part�culas que se comportan, en cierto modo, de manera opuesta: los bosones, que son muy sociables y les gusta ocupar el mismo estado que sus semejantes. Una de las consecuencias de unir las ideas cu�nticas con las de la relatividad de Einstein, implica que toda part�cula microsc�pica o es fermi�n o es bos�n. Como ya vimos al estudiar los �tomos complejos este principio, llamado de Pauli en honor a quien lo formul�, es una de las piedras angulares de la f�sica moderna, base hasta ahora inviolable de nuestro entendimiento de los �tomos complejos, de los s�lidos y, �por qu� no?, tambi�n de los n�cleos.

Este principio b�sico demoli� de inmediato el modelo en boga de los n�cleos. Sucede que al juntar un n�mero par de part�culas del tipo fermi�n, se forma una del tipo bos�n. T�mese entonces un n�cleo como el de nitr�geno, que seg�n el modelo constar�a de 14 protones y 7 electrones; con ello explicamos la carga del nitr�geno y predecimos que ha de comportarse como un fermi�n, pues lo forman un n�mero impar de este tipo de part�culas. Pero el nitr�geno es un bos�n, como pudo observarse directamente. De esta conclusi�n no hay salida, y la cadena se rompe por el eslab�n m�s d�bil: hubo de abandonarse el modelo con electrones en el n�cleo.

Pero entonces �cu�les eran los constituyentes del n�cleo? Esta situaci�n indefinida no se aclar� sino hasta 1932, cuando el f�sico ingl�s Chadwick descubri� una part�cula de masa semejante a la del prot�n, pero el�ctricamente neutra; de ah� que se le llamara neutr�n. De inmediato se vio que con ella se ten�a la salida a la paradoja anterior. Si el n�cleo se formara con protones y neutrones, ambos siendo part�culas de Fermi, ya no habr�a lugar al problema que mencionamos antes pues para integrar la masa del nitr�geno se requieren siete part�culas de cada especie.

Desde luego, un problema se resuelve y otro se crea, como siempre. Ya no se contradice una ley cu�ntica fundamental, como el principio de Pauli, pero ahora nos enfrentamos a un nuevo dilema. Si el neutr�n no tiene carga el�ctrica �c�mo es que atrae a los protones para formar el n�cleo? En otros t�rminos, las fuerzas que amarran a los neutrones y protones no pueden ser de car�cter el�ctrico.

No quedaba otra salida que inventar una nueva fuerza, la fuerza nuclear, tambi�n llamada interacci�n fuerte, por ser mucho m�s intensa que la fuerza el�ctrica. Con ello se abr�a un nuevo campo de la ciencia, la f�sica nuclear, que habr�a de acaparar la atenci�n de los f�sicos por las tres o cuatro d�cadas siguientes.

El problema de la f�sica nuclear se puede pues plantear as�: tengamos un conjunto de Z protones y N neutrones (en donde Z y N son n�meros enteros) que interact�an por medio de la fuerza nuclear. Si conocemos �sta y las propiedades de los nucleones -los protones y neutrones- el reto a los f�sicos nucleares consiste en aplicar las reglas de la mec�nica cu�ntica para explicarnos las propiedades del n�cleo como un todo. Tenemos aqu� todos los ingredientes de la teor�a f�sica de un sistema: la definici�n de sus subsistemas, las fuerzas entre �stos y sus leyes de movimiento.

N�tese lo dif�cil de la empresa. Al mismo tiempo debemos averiguar c�mo es la fuerza nuclear, las propiedades de los nucleones y las caracter�sticas de los n�cleos como un todo. Problemas que se retroalimentan uno al otro y que habr�n de desenmara�arse al mismo tiempo.

Como ya hemos dicho varias veces, el m�todo que eligieron los f�sicos fue por dem�s curioso, tal vez hasta absurdo si pens�ramos aplicarlo a cuerpos macrosc�picos, como los planetas, por ejemplo. Decidieron averiguar qu� pasaba cuando dos sistemas nucleares chocaban uno contra el otro. Para ello desarrollaron aparatos capaces de acelerar un proyectil nuclear y lanzarlo contra un blanco tambi�n nuclear. Con estos aceleradores, observaban las consecuencias de la colisi�n y las comparaban con las distintas hip�tesis sobre las fuerzas nucleares y las propiedades de los nucleones, hasta lograr que la observaci�n y el c�lculo coincidieran. De esta forma, se fueron esclareciendo poco a poco los misterios del n�cleo.