8.10.04

Nobel de Física... a la creatividad

El premio Nobel de Física de este año parece surrealista: el descubrimiento de la libertad asintótica, nada más y nada menos. Se trata de una propiedad muy extraña de los quarks, componentes íntimos de las partículas nucleares. Esta propiedad contradice todas las interacciones conocidas: la fuerza de atracción entre dos quarks aumenta a medida que aumenta la distancia que los separa, y se hace despreciable cuando están muy juntos. Para entenderlo, hay quien recurre a la analogía de una pareja que se echa de menos cuando están lejos y se ignoran cuando están juntos.

Los quarks no se pueden ver, ni obtener de manera aislada. Siempre están combinados, bien de tres en tres, como en el protón y el neutrón, bien de dos en dos, como en los hadrones. ¿Para qué sirven?, se preguntará más de uno. Bueno, para entender mejor la naturaleza de las cosas. Es ciencia básica, sí, poco útil en apariencia pero imprescindible para dar soporte a la ciencia aplicada. Puede que esta rareza de la libertad asintótica sea la clave para los ordenadores cuánticos del futuro o acabe materializándose en plasma de quarks y gluones para reactores de fusión.

Lo que me llama de verdad la atención es el proceso mental que lleva a desarrollar estos modelos tan divergentes. Allá por 1960 Murray Gell-Mann propuso el modelo de los quarks para explicar los extraños resultados de los experimentos de colisión en los grandes aceleradores de partículas que se desarrollaron por esa época. Casi a diario se obtenía alguna nueva partícula aparentemente elemental. ¿Cómo podía ser tan complicada la naturaleza? Gell-Mann analizó esas nuevas familias de partículas supuestamente elementales y descubrió que todas se podrían construir con unas piezas mínimas, que llamó quarks. Es cierto que nadie los había detectado, y que tenían propiedades muy extravagantes: un protón, por ejemplo, estaría formado por tres quarks, dos del tipo up, con 2/3 de la carga del protón y 1/3 de la masa, y otro de tipo down, con la misma masa y carga –1/3 del protón. Por retorcida que parezca la hipótesis, lo cierto es que funciona a la perfección, y Gell-Mann recibió el Nobel en 1969 como reconocimiento a su sorprendente modelo.

Claro que dejó muchas sombras. Si el protón está formado por dos quarks u y un quark d, ¿cómo es posible que se mantenga estable, a pasar de la descomunal repulsión entre cargas del mismo sentido que predice la teoría electromagnética? Debería desintegrarse de inmediato, cosa que evidentemente no ocurre. La misma paradoja se da en un núcleo estable con varios protones. La atracción gravitatoria entre los protones es insignificante debido a la pequeña masa de esas partículas y, sin embargo, la repulsión electromagnética es enorme, debido a la pequeña distancia. ¿Qué mantiene unido al núcleo?

Bueno, pues David J. Gross, H. David Politzer y Frank Wilczek reogieron el guante que lanzó Gell-Mann y decidieron afrontar las incoherencias del modelo de quarks. En 1973 propusieron una elegante teoría llamada Cromodinámica cuántica. El nombre era así de caprichoso porque decidieron llamar “color” a una propiedad que debían tener los quarks para que verificaran el Principo de exclusión de Pauli, considerado como una ley universal. Hay partículas construidas hasta con tres quarks idénticos, y el principio de exclusión dice que no pueden compartir el mismo estado, por lo que deberían tener alguna propiedad que permitiera diferenciarlos. Esta propiedad se llamó “color”. Los quarks deben tener “carga de color” del mismo modo que poseen carga eléctrica. Así que cada quark puede existir con tres “colores” diferentes –se les asigna el rojo, azul y verde- y cada antiquark con tres “anticolores”, que se hacen corresponder con los complementarios -cian, amarillo y magenta-. Los quarks se combinan de modo que los colores respectivos dan lugar al blanco.

Pero la cosa se puede complicar mucho más. La interacción que mantiene unidas las partículas nucleares es una fuerza de extraordinaria intensidad, llamada interacción fuerte. Es unas cien veces superior a la electromagnética, aunque su alcance es limitado. Los quarks se mantienen unidos gracias al intercambio de gluones, unas partículas que son los mediadores de la interacción fuerte. Los gluones nunca son “incoloros” de modo que los quarks cambian de color cada vez que absorben o emiten un gluón, aunque el cambio se realiza sin que se modifique el “color blanco” de la partícula. ¿A alguien le había extrañado el nombre de Cromodinámica?

No voy a entrar al detalle de las familias de quarks, ni del modelo estándar, ni de la búsqueda de la teoría del todo. Me quedo en una profunda admiración por la cabeza privilegiada de estas personas capaces de generar, a contracorriente de todo lo establecido, una teoría tan creativa y tan sugerente. ¿De qué pasta estará hecho el cerebro de estos físicos?

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