¿Y si los átomos fueran algo diferentes?

Por favor, lo que viene a continuación no ha de tomarse muy en serio! Ha sido el resultado de una mala tarde y posiblemente de algún golpe que no recuerdo! :-)
Lo que expongo tiene el fundamento justo para no ser una chorrada integral pero no ha pasado test alguno de ningún experto. Sirve única y exclusivamente para divagar!


Por qué el mundo es como es - Átomos normales frente a átomos enormes/rechonchos
Como suele suceder puedes pasarte toda la vida trabajando en un campo y no pararte a pensar en los conceptos más sencillos. Y cuando lo haces te sorprendes sobre manera y te preguntas cómo se te ha podido pasar por algo y cómo demonios no te lo contaron en clase. Concluyes que el sistema educativo deja mucho que desear y que los grandes descubrimientos se suelen producir por estar mareando la perdiz toda una vida hasta que por casualidad caes en la cuenta.

Si me preguntan por mi formación debería decir que soy espectroscopista y que, por la tanto, mi conocimiento sobre los modelos que describen a los átomos deberían darse por sentados. Nada más lejos de la verdad, como se desprende de lo que voy a contar ahora.

Andaba este fin de semana pensando que la masa y la carga de los protones y los electrones son los que permiten la existencia del mundo que nos rodea y su observación. Esa relación entre carga y masa hace que los electrones orbiten al rededor del núcleo a una distancia ideal que da pié a toda la química que conforma estructuras mucho más elaboradas y a que estos átomos puedan interactuar con el espectro visible para que podamos ver los objetos. Si los electrones orbitaran a mayor distancia cualquier perturbación los arrancaría del núcleo imposibilitando las reacciones químicas. Si estuvieran más cerca, las reacciones químicas, esto es, el préstamo de electrones entre núcleos, sería mucho más difícil y la la naturaleza tampoco habría dado lugar a la gran cantidad de estructuras que observamos.

Átomos rechonchos: ¿podrían ser los responsables de la materia oscura?
Me pregunté entonces cómo sería el universo con átomos de este último tipo y dos cosas me parecieron evidentes. La primera era que, en el caso extremo, los átomos no interactuarían entre ellos con lo que no habría ni si quiera moléculas con lo que estas partículas estarían desperdigadas por el universo. Además al no formar estructuras más grandes, probablemente nunca alcanzarían densidades suficientes para que la fuerza gravitatoria jugara un papel importante en sus vidas, con lo que estarían destinadas a vagar en soledad durante toda su existencia. La segunda era que aparte de no ser fácilmente detectadas por efectos gravitatorios también sería muy difícil detectarlas mediante radiación electro-magnética. El motivo es que para que la radiación interactuara con ellas tendríamos que recurrir a fotones de energía muy alta (bien para que interaccionara con los núcleos o bien para que arrancara los "electrones" muy cercanos al mismo y por tanto fuertemente ligados. Hablaríamos posiblemente de radiación X dura o de rayos Gamma cuyas probabilidades de interacción con la materia son siempre muy bajas y que solo las conseguimos ver porque se hacen incidir sobre densidades altas. Si como hemos dicho, estas partículas andan en solitario y su densidad en el espacio es sumamente baja, la probabilidad de observar una interacción de ese tipo de radiación con ellas posiblemente esté fuera de nuestros sistemas de detección.
Después de ese razonamiento me acordé de la famosa materia oscura, en particular de la propuesta llamada WIMP (weakly interacting massive particles; en español "partículas masivas que interactúan débilemente) y me surgió la duda de si tales partículas misteriosas no podrían ser del tipo que acababa de imaginar.

Hasta aquí, querido lector, una descripción medio razonada y razonable de la realidad. En adelante, encontrará una paja mental con poco fundamento. ¡Queda avisado!

¿Qué partículas podrían constituir esos átomos rechonchos?
Como he comentado anteriormente tengo que admitir que mis conocimiento sobre mi principal campo de investigación, la física atómica, distan mucho de ser completos y rigurosos pero, en cualquier caso, infinitamente mejores que mi base sobre física de partículas (como la anterior, nunca la estudié durante la carrera). Total que no estoy en posición de proponer nada serio que no sea desmontado a las primeras de cambio con unos mínimos cálculos (que yo mismo debería hacer). Sin embargo, me atrevo a divagar sobre este tipo de "hipotético" átomo de aspecto rechoncho. Si su secreto está en tener orbitales muy próximos al núcleo tendríamos que hablar de o bien "partículas negativas muy másicas" o bien de "partículas o conglomerados de partículas" con carga negativa varias veces mayor que la de los electrones. Cualquiera de las dos propiedades anteriores debería causar la reducción del tamaño de las órbitas, aproximandolas hacia en núcleo. Jugando con un modelo como el de Bohr, podríamos estimar la cuantificación de los radios de giro y las energías de los orbitales.

- Si jugamos con la masa de las partículas nos encontramos que ya se han fabricado/predicho átomos de este tipo como los átomos muónicos (en los que se sustituye un electrón por un muón) átomos hadrónicos (en los que se sustituye al electrón por un hadrón, siendo entonces la interacción con el núcleo mediante interacción de nucleares fuertes) o átomos ónicos (donde una partícula y su antipartícula giran una en torno a la otra) (ver átomos exóticos en Wikipedia). Los átomos de este tipo que se han fabricado son inestables y tienen tiempos de vida muy cortos.

- Si jugamos con la carga, no he encontrado ningún átomo en el que la partícula que orbita tenga una carga mayor que la del electrón. De hecho, creo que no hay ninguna partícula "estable" con carga neta mayor que la del electrón (estaba pensando en los quarks de carga 3/2 la del electrón). ¿Quiere ésto decir que tales átomos no pueden existir? Aquí es donde entra mi imaginación y me pregunto por la existencia de tales partículas "supercargadas". De modo similar a lo que ocurre con los protones, que pueden estar varios de ellos agrupados gracias a la presencia de los neutrones y de la fuerza fuerte, parece ser que los electrones no tienen su equivalente (mientras los protones son hadrones, i.e. participan de las interacciones fuertes, y están compuestos de quarks, los electrones son leptones, i.e. no tienen interacciones fuertes y son partículas indivisibles. ¿Hay pues alguna partícula aun por predecir/descubrir que tenga las propiedades requeridas? Desconozco la respuesta.

Detección experimental de estos átomos rechonchos.

Suponiendo que esos átomos rechonchos que prácticamente no interactúan con la materia ni con la radiación existieran (cosa que es mucho suponer por lo que hemos visto en el apartado anterior, o son muy inestables o requieren de partículas desconocidas), ¿habría posibilidad de detectarlos?
Como partículas que en principio podrían ser WIMPS, se podría recurrir a los sistemas experimentales de medida de estos últimos para su detección. De nuevo, la Wikipedia ofrece una lista de instalaciones que están intentado detectar WIMPS. Es muy interesante ver hasta dónde ha llegado el ingenio y la tecnología humana para intentar medir objetos que por su definición son casi "indetectables".

Ejercitando la imaginación y haciendo uso de una aproximación pragmática, yo empezaría por mirar en lugares donde su concentración sea mayor y/o donde las probabilidades de interactuar con radiación de alta frecuencia sea lo más alta posible.
1 - Ya que estos "átomos exóticos" no forman agregados, el único lugar donde puede haber mayor concentración de ellos es en lugares donde la atracción gravitatoria, i.e. la acumulación de masa, sea enorme. Estaríamos hablando de planetas gigantes, estrellas o agujeros negros. En el caso de las estrellas, podría ocurrir que, del mismo modo que se los átomos normales sufren reacciones nucleares de fusión, estos átomos también las sufrieran. En principio átomos con la carga negativa más cerca del núcleo debería favorecer el acercamiento de otro núcleo y la fusión de ambos. ¿La fusión de esos núcleos sigue la misma física que los núcleos estándar? ¿Qué ocurre con las supuestas partículas que sustituyen a los electrones? No tengo conocimientos suficientes para saber si la descripción actual del funcionamiento de una estrella alberga aún alguna evidencia experimental no explicada/interpretada que pudiera deberse a la presencia de tales núcleos.

2 - La otra opción, la de la interacción con radiación extrema y la observación de los productos de dicha interacción tendría más probabilidades de verse cerca de fuentes de radiación muy intensas. Púlsares o regiones del espacio donde se produzcan brotes de rayos Gamma muy intensos podrían ser lugares indicados para observar. Ahora, en la Tierra también tenemos la posibilidad de crear fuentes de radiación muy intensas mediante láseres ultraintensos o fuentes de radiación Gamma que podría llegar a ser suficientes para generar alguna interacción observable.

Conclusiones
1 - Las cosas más revolucionarias pueden estar en las ideas más simples.
2 - A veces esas ideas tan simples, son las más difíciles de identifiar.
3 - Nunca deje a un físico con pocos prejuicios/escrúpulos y tiempo libre ponerse a divagar. Puede terminar montándose una paja mental de campeonato.