Sabemos muy bien que todas las sustancias están compuestas de átomos; esta es la cantidad más pequeña posible de cualquier elemento químico. La palabra "átomo" proviene de la palabra griega "ἄτομος", que literalmente se traduce del griego antiguo como "indivisible", algo que ya no se puede dividir. Más tarde, sin embargo, resultó que los átomos no son en absoluto indivisibles, sino que consisten en un núcleo y electrones que giran alrededor de él. Pero resultó que este no es el límite….
Pronto, se descubrieron otras partículas constituyentes elementales como los quarks, incluso se cuestionó la integridad de los electrones, que presumiblemente podrían dividirse en holones, espinones y orbitones.
Los "primeros ladrillos" de materia son tan pequeños que las conclusiones sobre su existencia se hicieron indirectamente, a través de varios experimentos y cálculos matemáticos, pero sería genial si pudiéramos verlos con nuestros propios ojos, como vemos microorganismos en una gota de agua bajo un microscopio. Sin embargo, ¿por qué no? Parecería que solo necesita tomar un microscopio más potente y puede examinar cualquier cosa. Por desgracia, no importa cuán poderoso sea un microscopio óptico, no se puede obtener una imagen no solo de un átomo, sino también de una molécula.
Para ver un objeto, debe estar iluminado con un rayo de luz, y la luz debe reflejarse desde sus diversas partes y llegar a la retina. Sin embargo, es imposible iluminar un determinado átomo debido a la forma misma de interacción de los fotones con un átomo. La mayoría de los fotones simplemente volarán a través del átomo, y si algo de fotón se refleja en el ocular del microscopio, obviamente esto no será suficiente. Y, en general, la luz visible utilizada en los microscopios ópticos tiene una longitud de onda del orden de 400-700 nanómetros, mientras que el tamaño de un átomo es de aproximadamente 0,1 nanómetros, por lo que no tiene sentido iluminar el átomo con ella.
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Pero, ¿qué pasa si en lugar de luz visible se usa otra cosa, por ejemplo, radiación gamma o un haz de electrones dirigido, que bajo ciertas condiciones puede comportarse como una onda con una longitud comparable al tamaño de partículas elementales? Es decir, ¿se puede ver un átomo a través de un microscopio electrónico?
Si y no. Sí, porque existen fotografías de átomos, no, porque la imagen resultante no refleja tanto la apariencia real del átomo sino que crea una visualización accesible. Sin embargo, las fotografías de átomos tomadas incluso por los microscopios electrónicos más potentes y precisos no revelan su estructura.
La foto muestra los átomos de azufre y el lugar donde falta un átomo. (c) David A. Muller y col. Naturaleza, 2018.
Primero, la mayor parte del átomo es espacio vacío. Las distancias entre el núcleo y los electrones en una escala son tan grandes que si agranda el núcleo al tamaño de una manzana, los electrones girarán a su alrededor en una órbita con un radio de aproximadamente un kilómetro. Esto significa que las partículas que componen un átomo simplemente no encajarían en el campo de visión.
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En segundo lugar, el principio de incertidumbre de Heisenberg nos impide considerar los detalles. La ubicación del electrón en el átomo se determina como probable, en algún momento puede estar en uno u otro lugar. Por tanto, en las fotografías obtenidas, los átomos se ven como bolas-nubes borrosas formadas por la órbita rápidamente cambiante de los electrones.
Y finalmente, un divertido video de IBM "The Boy and His Atom". Los ingenieros de IBM utilizaron un microscopio de túnel de barrido para mover moléculas de monóxido de carbono (dos átomos apilados uno encima del otro). Gracias a esto, fue posible grabar un video con objetos tan pequeños que solo se pueden ver con un aumento de 100 millones de veces.
