Los más chicos del electrón al ácaro

Por Tomás Unger

Nuestra percepción del mundo que nos rodea está dada por nuestros sentidos. Nuestra vista, oído y tacto tienen grados de resolución adecuados a las dimensiones y el medio en que nos movemos. Nuestra vista no registra las frecuencias de luz por debajo del rojo ni más allá del violeta. Las escalas de magnitud que usamos obedecen a nuestras dimensiones, capacidad de observar y comparar. Hasta la invención del microscopio óptico* lo más chico que conocíamos era lo que podía resolver nuestro ojo, aproximadamente un décimo de milímetro. Hoy con el microscopio de iones en campo (FIM) observamos átomos.

También hemos desarrollado métodos para observar el espacio profundo y calcular dimensiones más allá de nuestra imaginación. Actualmente nuestro conocimiento del Universo que nos rodea abarca 70 órdenes de magnitud. En el sistema decimal son 70 ceros; para lo más pequeño es un número precedido de 35 ceros y una coma decimal (lo mínimo: un punto multidimensional según la teoría de las supercuerdas), para lo más grande es un número seguido de 35 ceros (el tamaño del Universo según la teoría de la inflación cósmica). Creo que sería interesante ilustrar esta escala comenzando con lo más pequeño.

EL ÁTOMO
La materia consta de átomos, que son sus componentes estables más pequeños. Los átomos a su vez constan de protones, neutrones y electrones, de los cuales el electrón es el más pequeño. Aunque hoy, según la teoría cuántica, el electrón es un punto sin dimensión determinada, la física clásica le da un 'femtometro' de radio; esto en metros es 1 precedido de 17 ceros y un punto decimal (10 a la menos 18). Dicho de otra manera: un metro dividido por una cifra con 18 ceros. Felizmente el átomo más chico, el de hidrógeno (H), es 2.500 veces más grande.

Con un protón en el núcleo y un electrón orbitándolo, el átomo de hidrógeno puede representarse por una bolita de un centímetro y una cabeza de alfiler que la orbita a 25 metros de distancia. Los átomos de los demás elementos son mayores. Por ejemplo, el átomo de radio (Ra) tiene en el núcleo 88 protones y 135 neutrones, y 88 electrones orbitándolo en 7 capas. A la misma escala tendría un núcleo de 221 bolitas (una esfera de unos 8 cm) y los electrones más lejanos estarían a 215 metros, más de dos cuadras de distancia. El tamaño real de los átomos se puede dar en millonésimas de milímetro: el de Ra tiene 0,215 y el de H 0,025 millonésimas de mm.

DEL ADN A LA AMEBA
El átomo más grande no llega a una millonésima de milímetro, pero esta es la unidad, llamada nanómetro (nm), en que se miden las moléculas orgánicas.

Así la doble hélice del código genético, el ADN, tiene 2 nm (millonésimas de milímetro) de diámetro. Una molécula de albúmina, la proteína de la clara del huevo, mide cuatro veces más (8 nm). La membrana de una célula mide entre 6 y 10 nm y un virus entre 20 y 450 nm; el del sida tiene 90 nm.

Todo lo que hemos mencionado hasta ahora es más chico que la onda más corta de luz visible, por lo que no puede observarse con el microscopio óptico. La luz visible comienza con la violeta, que tiene de 380 a 430 nm, y la siguen el índigo, azul y cian hasta los 520 nm. Luego de 520 a 565 nm el verde, después el amarillo y naranja hasta llegar al rojo que tiene 760 nm de longitud de onda. Por encima de esta longitud está el infrarrojo, que no vemos. El microscopio electrónico**, que ilumina con electrones, puede resolver hasta unos 50 nm.

La siguiente medida (10 a la -6 m) es la micra, milésima de milímetro, la más usada en biología que se indica con la letra griega mu (µ). En micras se miden las bacterias, las fibras textiles y la luz infrarroja usada en la fibra óptica (TV por cable) y los controles remotos. Las bacterias, por lo general, miden entre una y 10 micras, aunque la mayor que se conoce*** tiene 300 micras, 0,3 milímetros, lo que la hace visible al ojo. La fibra más fuerte que se conoce, la telaraña, tiene entre 4 y 5 micras de diámetro, la del algodón tiene 10, las de polímeros sintéticos entre 10 y 14 y la seda 15.

Un espermatozoide humano mide unas 5 micras, un glóbulo rojo de la sangre 7 y una gota de neblina 10 micras. La fibra de la lana tiene 20 micras de diámetro y el óvulo humano 500, medio milímetro, por lo que es visible al ojo. El arácnido más pequeño, el ácaro, mide 200 micras y es visible al ojo humano que puede resolver hasta 100 micras (un décimo de milímetro).

MAGNITUD Y ESCALA
La siguiente medida es el milímetro, una milésima de metro (10 a la potencia -3). En milímetros se miden, entre otros, componentes electrónicos, insectos y calibres de munición. A partir del décimo de milímetro hemos entrado al mundo visible y es difícil imaginar el enorme campo que abarca lo que no vemos por ser demasiado pequeño. Un modelo a escala ayudaría a ilustrarlo. ¿Qué pasaría si aumentamos el tamaño de un átomo de Ra un millón de veces, hasta medio milímetro (poco más que el punto sobre la i) para que sea visible?

Todo crecería en la misma proporción: la telaraña tendría 4 metros de diámetro, como un gran árbol de secuoya; la arañita que la teje ocuparía del Callao hasta Surco. Un virus, que mediría casi 10 centímetros, seguiría invisible para el microscopio óptico porque la onda más corta de luz tendría 38 cm de largo. A esa escala un hombre echado tendría los pies en la frontera con Chile y la cabeza entre Chiclayo y Piura. Esto nos da una idea de la estructura del mundo que nos rodea, pero no una imagen.

EL GRAN VACíO
Si se pudiera ver la trama --lo que es imposible por la naturaleza de la luz-- observaríamos que son enormes vacíos. Como hemos visto más arriba, los núcleos de los átomos son bolitas de centímetros con electrones como cabezas de alfiler orbitando a distancias de decenas y cientos de metros; entre ellos no hay nada. Si pudiéramos comprimir los átomos, como en una estrella de neutrones****, desapareciendo el espacio entre núcleos atómicos, el Sol tendría unos 30 km. de diámetro y nuestra pequeña Tierra se reduciría a una bola de unos 240 metros.

Próximamente nos ocuparemos de las medidas de lo visible que nos rodea, desde los milímetros para medir insectos y calibres de balas hasta los años luz para medir las distancias a las estrellas.

* Al holandés Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) se le reconoce generalmente como el constructor del primer microscopio óptico compuesto.

** En 1931 los físicos alemanes Ernst Ruska (1906 - 1988) y Max Knoll (1897 - 1969) inventaron el microscopio electrónico; perfeccionado con nuevas tecnologías, el microscopio de electrones requiere refrigeración y muy altos voltajes. Sus imágenes son necesariamente en blanco y negro.

*** 'Thimargarita gambiensis', una bacteria marina.

**** Una estrella de neutrones es tan densa que una cucharadita de su masa pesa millones de toneladas.