Los átomos no son partículas fundamentales: tienen composición y estructura internas. Para empezar, los átomos tienen dos regiones principales: el núcleo pequeño y apretado y la “nube de electrones” más grande que consiste en electrones con varios niveles y estados de energía pero con posiciones no bien definidas.
Cada electrón es una partícula fundamental, y se describe bien como un “punto adimensional con propiedades”. No detallaré qué propiedades son esas, pero la carga eléctrica es una de ellas: todos los electrones tienen la misma carga eléctrica.
El núcleo también es un compuesto: consiste en protones y neutrones apretados, unidos y estabilizados por la “fuerza fuerte residual”. (No describirá exactamente qué es y por qué se llama “residual”).
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Los protones y los neutrones, de los cuales el núcleo de helio tiene 2 de cada uno, también son compuestos: consisten en 3 quarks cada uno, que son partículas fundamentales (como los electrones) y tienen un conjunto de propiedades. No quiero confundir demasiado los problemas describiendo cómo se llaman o son esas propiedades: basta con decir que la combinación de quark que produce protones y neutrones no es exactamente la misma. En particular, el triplete quark que produce un protón le da una carga eléctrica positiva igual pero opuesta a la del electrón, mientras que el triplete que produce neutrones los descarga.
En total, un átomo de helio tiene 2 electrones y 12 quarks: 14 partículas fundamentales en total organizadas en varias configuraciones cambiantes. ¿Se pueden distinguir dos átomos de helio arbitrarios? Sí, en principio, y con un poco de esfuerzo y cuidado se puede hacer. Hasta cierto punto. Pero no hay suficientes configuraciones diferentes y estados que un átomo de helio puede asumir para hacer posible distinguir completamente (o “etiquetar”, como a veces se le llama) cada átomo. Y lo que es peor: estas configuraciones cambian todo el tiempo, mientras retienen el “helio” del átomo.
Para ayudar a comprender esta última parte: piense en una bolsa de canicas. Hay dos tipos diferentes de canicas y las canicas pueden moverse, pero podría decirse que la bolsa sigue siendo la misma y tiene las mismas propiedades (como peso y tamaño, por ejemplo) sin importar cómo se muevan las canicas. ¿Puedes ver cómo distinguir una bolsa en particular de un montón de otras bolsas con el mismo número y tipo de canicas puede ser casi imposible?
(Y tenga en cuenta que no he mencionado una serie de otras partículas, los portadores de fuerza que mantienen los diversos componentes juntos y organizados. La bolsa tiene mucho más en el interior de lo que es evidente).
