ACLARANDO ALGO SOBRE LOS "PORTADORES HUECOS"

 Un amigo me pregunto: "De veras existen los huecos?. Porque el profesor que me enseño eso en la Universidad me dijo que no se sabia si existian".

Casi me arranco los pelos: Los huecos EXISTEN y son reales, muy reales, tanto que trabajan como portadores de carga igual que si fuesen un electron de carga positiva (no confundir con positron, porque no son antimateria).

Vamos a intentar explicar un poco para los legos en el tema.

Empecemos por una aberracion que se enseña , confunde mucho y hace mas de 100 años que se sabe que no es cierta: el famoso "Atomo de Bohr". Claro, es lindo para enseñar y explicar porque alli todo se calcula muy facil y da resultados que coindicen con la Cuantica.... siempre y cuando solo nos limitemos al atomo de Hidrogeno y en su estado de excitacion mas baja y elemental (o sea como si estuviese al Cero Absoluto). Cualquier otro atomo o estado de energia, ya no coincide mas con la realidad. De paso confunde mucho al estudiante, porque lo lleva a creer que "Los atomos son Sistemas Solares en miniatura", cosa total y absolutamente equivocada.

Los electrones en un atomo estan dispuestos en ORBITALES: Que son "Zonas de probabilidad" donde se encuentran los electrones de un atomo. En un orbital entra uno y solo un electron.... y dentro de esa zona, es absolutamente imposible saber en que lugar exacto se encuentra.  Que es dificil de comprender?. Bueno, el ser humano que mas entendio la Cuantica en este mundo ha sido Richard Feynman, y una vez dijo "El que diga que entiende toda la Fisica Cuantica, es porque en realidad no entendio absolutamente nada". Asi que esas cosas para un nivel inicial a intermedio, SE ACEPTAN, porque la explicacion a duras penas la comprenden los muy expertos en el tema. Otra cosa a aceptar, es que en el atomo, el electron no puede existir "fuera del orbital": O sea que cuando cambia de un estado de energia a otro, simplemente desaparece de un orbirtal y aparece en otro.... sin pasar por "el espacio intermedio" (proceso complejo donde siempre habra el acompañamiento de un foton y un neutrino)

Bien... aclarado ese punto, vamos a lo nuestro: Tenemos un CRISTAL de material. Es imprescindible en este caso tener un CRISTAL, donde todos los atomos esten perfectamente acomodados en una estructura espacial regular. Son todos "atomos iguales", por lo tanto tendremos toda una seguidilla de millones de "capas externas" de atomos, de determinado orbital (que nos determina un nivel de energia). Es casi como una gran RUTA, sin curvas ni baches, donde todos los electrones estan al mismo nivel energetico.  Si es un CONDUCTOR, los electrones de ese nivel estaran muy debilmente agarrados al atomo, y circularan con muy poca oposicion (que llamamos "resistencia"), por esa "Ruta de nivel energetico". Si es un AISLADOR, los elecrtrones estaran muy firmemente agarrados a sus atomos en sus orbitales.... y esa ruta estara practicamente VACIA.

Pero tenemos una tercera categoria: los SEMICONDUCTORES, como el Silicio o el Germanio (los mas conocidos), donde si bien los electrones estan bastante firmemente agarrados, no cuesta mucho trabajo "desprenderlos", y hacerlos circular de un orbital al orbital vecino en esa RUTA donde todos tienen el mismo nivel de energia. 

Aca viene donde se realiza el DOPADO de ese semiconductor: En medio de esa estructura cristalina de "todos iguales" se incrusta un atomo llamado "Impureza" en el cristal. No cualquier atomo de impureza sirve: solo lo hacen los que son muy parecidos al atomo original; O sea que tienen apenas de diferencia un proton y un electron mas o menos (o sea sus vecinos en la Tabla Periodica). 

Si la impureza tiene "un electron demas".... sera como tener "un alto entre un millon de petisos": su cabeza sobresaldra . En este caso, la "cabeza", es UN ORBITAL CONTENIENDO UN ELECTRON... y ese electron, que tiene "un poquito mas de energia" que todos los millones que lo rodean, podra entrar a circular libremente (o bajo control externo, como hacemos en un dispositivo armado con semiconductores como un transistor o un tiristor).

Si la impureza tiene "un electron de menos"... ahi es al reves: tenemos "un petiso entre millones de altos", y si pensamos en una imagen de espejo, el petiso sobresaldra tanto como el alto en el ejemplo anterior.  Aca lo que ocurrira, es que ese atomo con un "electron de menos", igual tendra el mismo Orbital externo (porque los orbitales son zonas de espacio, y EXISTEN AUNQUE ESTEN VACIOS). 

Asi que en toda esa hilera de millones de atomos, quedara "un lugar (orbital) vacio": eso es un HUECO. 

A la naturaleza ya sabemos que "no le agradan los huecos", por lo que es imposible sacar una cucharade agua y que quede el hueco en el agua. Bien.... aca es exactamente igual: Siempre algun electron de un atomo vecino "molesto por el hueco",  se mudara y lo llenara, dejando a su vez un HUECO en el orbital que ocupo hasta una fraccion de microsegundo anterior, y asi sucesivamente, ese HUECO, se ira desplazando por todo el Semiconductor.... de la misma forma que antes se desplazo el electron.

Por lo tanto, el HUECO, existe y es REAL: Es simplemente un "Orbital vacio": Un lugar de probabilidad de tener un electron, que de momento no tiene ninguno, y la naturaleza que busca "rellenar todos los huecos", o hace desplazarse y moverse como si fuese algo material.... siendo solo un lugar del espacio vacio, que en un mar de nivel de energia con cargas negativas, al faltarle esa carga negativa, se comporta como si fuese una carga positiva.

EXPLOTARA BETELGEUSE?

Todas las agencias de noticias andan con la noticia "Estrella cercana a punto de explotar"

Que Betelgeuse terminara siendo una Supernova, no le cabe duda a ningun astronomo, pero eso no significa que sera mañana o el año proximo.... o que fue hace 550 años y todavia no nos enteramos por la distancia.

Lo preocupante radica en que esta "Demasiado cerca".

La distancia, curiosamente, no la conocemos con una exactitud ni siquiera mediana: podrian ser 450 años luz... podrian ser 700 años luz. Por eso suele decirse "600 años luz" que seria el promedio entre los limites maximo y minimo de distancia probable.

El hecho de ser una estrella muy variable y para peor con periodos muy irregulares de variacion, hace que sea muy dificil evaluar la distancia, pese a que fue de las primeras estrellas en que se intento medir cuan lejos estaba.

Que su brillo bajo tanto, que nos damos cuenta "a simple vista" los que acostumbramos a mirar a Orion por la noches, es algo real. Tambien digamos que estaba previsto: Porque las mediciones del año 2017 revelaron que el diametro se contraia a la pasmosa velocidad de 1200 km/hora.
Mediciones a lo largo de quince años, estiman que su volumen se contrajo en un 47% o mas, de acuerdo a la medicion (Es dificil medirlo, porque la capa exterior es tan tenue como el aire en nuestra estrarosfera)

Que sabemos en realidad:

-Nunca observamos una estrella "pre-nova" cercana. O sea que NADIE tiene una idea clara de como se desarrolla el proceso en la realidad. Solo hay predicciones teoricas. De paso, 1987A era una estrella conocida y observada (Sanduleak 69 202) y habia DOS telescopios que la estaban observando al momento de la explosion: Uno en Chile y otro en Nueva Zelandia... y nadie sospecho que en los siguientes cinco minutos iba a estallar en Suepernova.

-La observacion nos dice que Betelgeuse ya fusiono todo su Hidrogeno, y ahora esta fusionando Helio y obteniendo Neon. Esa etapa "teoricamente" deberia durar entre 10.000 y 100.000 años.... o quizas tambien un millon. Todo teorico: NADIE SABE. Pero si podriamos decir con cierto grado de certeza que mientras no termine de fusionar el Helio al menos, no colapsara, porque tendra energia suficiente como para mantenerse "inflada".

Si son 10.000 años minimo... como sabemos que no pasaron 9.999 años?. Porque esta registrado!. Los astronomos de la antiguedad, de Egipto y de Mesopotamia la tenian registrada como "Estrella BLANCA"... y Ptolomeo la cambia a "Estrella ROJA": O sea que perdio la capa exterior (que es observable en telescopios poderosos en forma de nube, todavia), en tiempos historicos: digamos, maximo 1500 años... o sea que de los 10 mil restan al menos 8500 años.

Podemos dormir tranquilos
Pero, el dia que estalle sera terrible: No esta "tan lejos" como para que no nos alcance un baño de rayos Gamma capaz de fundir todos nuestros aparatos electronicos y provocar daños severos a todo ser viviente. Si esta a 700 años luz, podemos tener algun grado de tranquilidad.... si esta a 450, no podemos estar tranquilos, porque sera muy intenso. Si esta a 600... es una distancia intermedia, que no da ni una cosa ni la otra: Ni total tranquilidad, ni peligro muy grave

El espectaculo (si los rayos Gamma no matan a nuestros descendientes) sera fabuloso: Brillara mas que la Luna Llena por varios meses. Sera visible aun a la luz del dia.

Si les preocupa "El Agujero Negro", no sera problema:  Pese a su diametro monstruoso, su masa es apenas 1,5 veces la del Sol: No solo no dara para agujero negro, es dificil que de para estrella de neutrones tampoco.

Quedara como Enana Blanca, enfriandose hasta el fin de los tiempos.

Una ultima interesante: hace pocos dias (mediados Enero 2020), el Observatorio LIGO capto unas ondas gravitacionales  "del tipo que corresponderia a un suceso explosivo", justo viniendo de la direccion de Orion, donde esta Betelgeuse. Pero nadie afirma que fuese el origen, solo que es curioso que se capto la onda gravitacional, pero no se detecto ningun suceso en forma visible o de radiofrecuencia. Por eso, algunos astrofisicos estan dudando si esa deteccion fue real o fue debido a alguna otra causa (error de medicion incluido)

Lo que si puede ser preocupante para tiempos mucho mas lejanos, son los restos de polvo y materia que expulse el estallido: Pueden alcanzar facilmente velocidades de 1/5 de la de la luz. Y eso significa que algunas particulas de polvo nos golpearan  unos 3000 años despues del estallido. Sera polvo.... pero se imaginan un granito de arena que llegue a 60.000 km/segundo?. No se quemara en la atmosfera de tan rapido que la cruzara, y podria llegar a penetrar en el suelo cientos de metros, liberando calor, y quien sabe?, quizas provocando una explosion extra porque con la presion y temperatura del impacto, puede llegar a provocar la fusion de hidrogeno, si impacta en el agua.
Ah!. Y no se olviden que los gases y polvo de la primer capa expulsada, ya estan en viaje hace unos 1500 años. Pero con suerte los primeras rafagas no llegaran hasta despues del año 5.000.... y creo que antes de ese año, tendremos problemas mas urgentes para resolver.

PERSIGUIENDO NEUTRONES DE UNA ESTRELLA

Me dice un amigo hace poco:

"Sabias que una cucharada de una estrella de neutrones PESA 1.500 millones de toneladas?".

Me espante de la comparacion.

Para empezar, no "pesa", sino "tiene una MASA" que son cosas muy distintas aunque en la Tierra y a nivel del mar puedan  tener el mismo valor. El PESO depende de la atraccion gravitatoria.... asi que si "sacamos una cucharada", al alejarla cada vez pesara MENOS segun la Ley de la Gravitacion Universal de Newton... y deformada por la Relatividad General ante tanta masa junta, pero aunque pese menos seguira teniendo siempre la misma MASA.

De paso, es algo casi imposible de decir: La "masa de esa cucharada" variara de cuan comprimida este esa estrella, y eso dependera de dos cosas:

-Del tamaño de la estrella de neutrones: la densidad en la SUPERFICIE puede variar unas cien veces entre las mas pequeñas y las mas grandes, esas que estan al borde de colapsar y volverse un Agujero Negro.

-De la PROFUNDIDAD de donde se saque la famosa "cucharada". Cuanto mas al centro nos vamos, mas densa sera la "pasta de neutrones". La diferencia de densidad entre la superficie y la zona cercana al centro, puede calcularse en 100.000.000 . De paso, en el centro de una esfera la gravedad es nula (facil de demostrar con las Leyes de Gravitacion): Asi que la "cucharada del centro", tendria una masa inmensa, pero no pesaria nada.

Asi que, dependiendo del tamaño de la estrella y de donde saque "la cucharada", la diferencia de masa puede ser de 10.000.000.000 de veces.... que no es poco: es algo asi como la medida de dos dedos comparada con la distancia Tierra-Luna

Pero ahi no esta lo peor, lo peor ahora te lo cuento:

Los neutrones, estan asi comprimidos por la inmensa gravitacion de la estrella.

Apenas saques "la cucharada", ya no estaran sujetos a semejante compresion, y saldran volando en forma explosiva; algunos caeran de nuevo a la estrella, y otros escaparan raudamente de ella, pero te aseguro que tu "cucharada" quedara vacia en millonesimas de segundo.

Pero la cosa todavia cambia mas:

El neutron suelto, fuera de un nucleo atomico, es inestable, y en cuestion de unos doce minutos, la mitad se habra desintegrado en un  proton, un electron y un neutrino (este ultimo escapara como mejor le plazca).

Pensemos un instante... en esos momentos, tendremos una sopa de "neutrones, protones y electrones"... que seria lo que llamariamos "Plasma de hidrogeno", y al expandirse, perderian temperatura y empezarian a recombinarse en atomos de hidrogeno pesado: Tritio primero con un nucleo de dos neutrones y un proton, mas tarde Deuterio con un nucleo de un neutron y un electron, y finalmente al cabo de un rato, en hidrogeno normal.

O sea que la MASA de tu cucharada de neutrones, no solo "no pesa", sino que en cuestion de minutos se habra vuelto una gigantesca nube de hidrogeno!

Para el que tenga ganas de seguir pensando:

Llegamos al momento de "Hagase la luz". Si lograramos que una estrella de neutrones se expanda, en muy pocos minutos tendriamos una nube de hidrogeno suficiente como para poder volver a encender la estrella.... y empezar el ciclo de nuevo.
Claro... para expandirla, deberiamos inyectar energia, porque de otra forma le Tercera Ley de la Termodinamica lo impediria: La famosa "entropia".

 Bien... asi que ahora, dejen de intentar ver "Cuanto pesa una cucharada de estrella de neutrones", porque como vieron, es algo totalmente sin sentido.