A horcajadas en el Tiempo

Interacción y Partículas Virtuales
Hemos hablado del experimento realizado con éxito en el acelerador de partículas del CERN; pues bien, cuando los físicos teóricos
empezaron a estudiar matemáticamente las propiedades de renormalización de la cromodinámica cuántica, realizaron un descubrimiento notable
y totalmente imprevisto: la fuerza de acoplamiento de los gluones coloreados, a muy alta energía, o a distancias correspondientemente cortas,
iba debilitándose hasta que, a energía infinita, se hacía cero, es decir, la interacción entre los quarks y los gluones coloreados desaparecía. Esta
extraña propiedad, única en lo que se refiere a las teorías de campo del tipo Yang-Mills, se denomina «libertad asintótica»: con energía
asintóticamente elevada, los quarks y los gluones coloreados se comportan como sí estuviesen libres y no interactuasen. Este descubrimiento
matemático lo realizó Hugh David Politzer en la Universidad de Harvard, e independientemente David J. Gross y Frank Wilczek en la Universidad
de Princeton, en 1973. Se basaba, en parte, en los trabajos anteriores de Curtis Callen, Kurt Symanzik y Ken Wilson sobre la teoría de la
renormalización. Este descubrimiento sobre la cromodinámica cuántica encajaba a las mil maravillas con experimentos realizados previamente
en el Linear Accelerator Center de Stanford y en otros laboratorios de física de alta energía, que ya habían demostrado que los quarks, si se
examinaban a cortas distancias dentro del protón y del neutrón, se comportaban de hecho como si fuesen partículas libres dentro de sus
prisiones bolsiformes. Estos experimentos apoyaban la idea de la libertad asintótica y la convicción creciente de que la cromodinámica cuántica
era la teoría correcta de la interacción que unía a los quarks.
La cromodinámica cuántica tiene una serie de simetrías internas que implican la existencia de leyes de conservación de carga, leyes que
se manifiestan en las fuertes interacciones de los hadrones. La carga de color es una cantidad conservada, pero dado que todos los hadrones
son neutros respecto al color, no hay medio de ver en acción en el laboratorio, esta ley de conservación. Sería como proponer una ley de
conservación de la carga eléctrica en un mundo compuesto sólo de partículas eléctricamente neutras: nunca podría observarse ninguna carga
eléctrica para comprobar si se conservaba.
Pero hay otras leyes de conservación de la carga que se aplican a los hadrones, que pueden comprobarse en laboratorio. El número de
quarks de cada tipo deben conservarse (los antiquarks se cuentan negativamente). Esto significa que en una interacción entre los hadrones
bolsiformes, el número de quarks u y d se mantiene constante. Pueden saltar de un hadrón a otro en el momento del choque, cuando las bolsas
se superponen, pero su número total no cambia. Como las antipartículas se cuentan negativamente, la ley de conservación del número de quarks
u tiene también en cuenta la creación de un quark u y un antiquark u a partir de energía pura. Las diversas leyes de la conservación del número
de quarks, cuando se aplican a las interacciones fuertes de los hadrones observados, se confirman en miles de experimentos de laboratorio:
nadie duda de ellas.
Las interacciones débiles, que ya anteriormente hicimos mención, violan esas diversas leyes de conservación del número de quarks. Por
ejemplo, un quark encantado puede convertirse en un quark d por la interacción débil, y esto viola la conservación del número de quarks c y del
número de quarks d. Pero hasta la interacción débil preserva la ley de conservación del número total de quarks. El número de quarks menos el
de antiquarks se mantiene estrictamente en el modelo estándar.
Esta ley (en apariencia absoluta) de conservación del número total de quarks, implica una rigurosa ley de conservación en las
interacciones hadrónicas correspondientes: la ley de conservación del número bariónico. Los bariones son la familia de hadrones de spin un
medio y esta ley significa, en cualquier interacción, que su número total debe conservarse. Dado que el protón es el barión más ligero, ha de ser
absolutamente estable como consecuencia de la ley de conservación del número bariónico. No hay ninguna partícula a la que pueda pasarle su
carga bariónica, de igual forma que el electrón no tiene ninguna partícula más ligera a la que pasar su carga eléctrica. ¡No deja de ser una gracia!
Los protones forman la mayor parte de la masa visible del universo, y si pudieran desintegrarse rápidamente el universo se desintegraría con
ellos.
Ya mencionamos que los gluones, al igual que los quarks, son coloreados y, además, en parejas: un color y un anticolor. Cuando salen
de un quark para entrar en otro, le cambian a éstos su color original. Por ejemplo, un gluón rojo-antiazul cambia un quark rojo en uno antiazul.
También, y, en ello, diferenciándose de los fotones, los gluones interactúan entre ellos intercambiando, a su vez, gluones. Por ejemplo,
un gluón verde-antiazul interactúa con uno verde-antirrojo intercambiando un gluón azul-antirrojo. Lo anterior, para algunos físicos resulta algo
engorroso y complicado. Demasiados colores, demasiados antis. Mientras los fotones mensajeros iban y venían trayendo sus noticias sin verse
ni molestarse, los gluones tienen tremendas colisiones en sus trayectorias, perturbando la transmisión de la información de un quark a otro, y, de
paso, complicando bastante la existencia de los estudiosos investigadores que en sus papeles y pizarrones intentan calcular sus efectos.
Ello, a veces, invita a pensar que el cuadro parece innecesariamente complicado, con aspectos antiestéticos ocultos bajo nombres
pintorescos que sirven para distraer un poco la atención. Como cuando bajo una alfombra persa se tapan restos de desperdicios. Se echa de
menos la elegancia y simplicidad de las interacciones entre masas y entre cargas eléctricas.
De todas maneras para mí, por lo menos, lo anterior no implica que la cromodinámica cuántica está equivocada, pues ha demostrado un
poder predictivo bastante impresionante. Un éxito notable fue la predicción del topón, el quark de mayor masa (doscientas mil veces la del
electrón). Cuesta tanto que se formen partículas pesadas, cuesta tanto juntar su «emececuadrado», la energía mínima que pueden tener, que
uno no se topa fácilmente con un topón. Fue necesario acelerar protones y antiprotones a velocidades cercanas a la de la luz, alcanzando una
energía unas quinientas mil millones de veces la energía de un fotón visible, y hacerlos estrellarse unos con otros, para poder generar este quark.
Aunque predicha su existencia en 1977, sólo se le halló en 1995 en el Laboratorio Fermi, en Illinois, Estados Unidos.
http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-06_17.htm (5 of 7)29/12/2004 23:30:32