Elektroiaz (eta II)

César Tomé

George Francis Fitzgerald fisikariaren proposamena, hau da, katodo-izpiak elektroi askeak zirela −à la Larmor elektroiak−, erradioaktibitatearen arloko ikerketek egiaztatu zuten. Hain zuzen, ikerketok beta erradiazioaren zein katodo-izpien izaera ezagutarazi zuten, eta atomoak prozesuan zatitzeko eta barneko izaera kimikoa aldatzeko gai zirela ere erakutsi zuten, bai eta hori egin egiten zutela frogatu.

Fitzgeralden hipotesia arras interesgarria izan zen garaiko komunitate zientifikoarentzat, lotu egiten baitzituen bai Thomsonen katodo-izpiak, bai Lorentz, Henri Poincaré, Kaufmann eta beste zientzialari batzuen saiakerak materiaren teoria guztiz elektromagnetiko bat garatzeko. Saiakera horiek ireki zioten bidea Einsteinen erlatibitatearen teoriari, eta, aldi berean, haiek postulatzen zutenarekin bateraezina zela frogatu zuten.

Thomsonen ideiarengatik bihurtu zen elektroia funtsezkoa atomoaren eta lotura kimikoaren teoria berrietan, geroago Ernest Rutherford eta Niels Bohr fisikariek emango zioten interpretazio berriari esker. Horrez gain, mekanika kuantikoarekin eta erlatibitatearekin batera berebiziko rola izan zuen materiaren izaera bera ulertzeko garatuko ziren ikuskera berrietan.

Ikuskera berri horien garapena estuki lotu zitzaion elektroiaren ezaugarriak zein ziren argitzeko bideari. Hasiera batean, John S. Townsend eta H.A. Wilson fisikariek elektroiaren karga neurtu zuten (1899 eta 1903an, hurrenez hurren), eta Robert A. Millikan fisikariaren esperimentuek finkatu zuten kargaren neurketa, 1907tik aurrera. Elektroiaren spina Samuel Goudsmit eta George Uhlenbeck fisikariek proposatu zuten 1925ean, espektroen egitura mehearen azalpena, eta, beraz, «teoria kuantiko zaharraren» azken etapa erabat osatzeko. Elektroiaren uhin-izaera, gerora mikroskopio elektronikoa garatzeko ezinbestekoa, egiaztatu zuten 1927an Clinton Davisson eta Lester Germer fisikariek, eta, urte berean baina bere aldetik lanean, George P. Thomsonek. 1928an, Paul Adrien Maurice Dirac fisikariak elektroi erlatibista deskribatu zuen, mekanika kuantiko berriaren beste zutabea, alegia.

Dirac, Werner Heisenberg, Ernst Pascual Jordan eta Wolfgang Pauli arduratu ziren elektrodinamika kuantikoa garatzeaz 1920ko hamarkada bukaeran, erradiazio elektromagnetikoaren eta kargadun partikulen (adibidez, elektroien) arteko interakzioak deskribatzeko asmoz. Ahalegin hori 50eko hamarkadan burutu zen, Freeman Dyson, Richard Feyman, Julian Schwinger eta Shin’ichirō Tomonaga fisikariaren eskutik, birnormalizazioa onartu zenean. Prozedura horri esker, elektroi baten −nahiz bestelako kargadun partikula baten− uhin-funtzioak kalkulatzean aldagai batzuetan agertzen diren balio infinituak kudeatu daitezke, ikuspuntu erlatibistatik inbarianteak izan daitezen.

Diracek elektroiaz ikuspuntu erlatibistatik egin zuen deskribapenak espero gabeko emaitza bat ekarri zuen: energia-balio negatiboko egoerak zeudela. Hari horri tiraka helduko zen antimateriaren existentzia posiblea zelako ideia. Fisikaren aro oso bat bukatu zen horrela: partikulak ez ziren jada beti kontserbatzen. Hasiera batean egoera negatibo horiek protoitzat jo ziren, harik eta 1930ean argi geratu zen arte elektroiaren masa izan behar zutela nahitaez. Ideia hori Carl D. A. Anderson fisikariak baieztatu zuen positroi edo antielektroia aurkitu zuenean.

1950eko hamarkadan, elektroi-bonbardaketa ugari egin zen nukleoen eta elektroien arteko talka eragiteko, eta ondorioztatzen zen neutroi eta protoiek egitura konplexua zeukatela. Ideia horren garapenak partikulen eredu estandarra sorrarazi zuen. Eredu horren arabera, elektroia arinena eta egonkorrena da –dagozkion neutrinoekin batera osatzen dituen– leptoi deituriko karga negatibodun hiru partikulen artean. Elektroiak barne egitura duela frogatzeak arrakalatu egingo luke partikulen fisikaren eraikina.