A horcajadas en el Tiempo
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Interacción y Partículas Virtuales<br />
Hemos hablado d<strong>el</strong> experim<strong>en</strong>to realizado con éxito <strong>en</strong> <strong>el</strong> ac<strong>el</strong>erador de partículas d<strong>el</strong> CERN; pues bi<strong>en</strong>, cuando los físicos teóricos<br />
empezaron a estudiar matemáticam<strong>en</strong>te las propiedades de r<strong>en</strong>ormalización de la cromodinámica cuántica, realizaron un descubrimi<strong>en</strong>to notable<br />
y totalm<strong>en</strong>te imprevisto: la fuerza de acoplami<strong>en</strong>to de los gluones coloreados, a muy alta <strong>en</strong>ergía, o a distancias correspondi<strong>en</strong>tem<strong>en</strong>te cortas,<br />
iba debilitándose hasta que, a <strong>en</strong>ergía infinita, se hacía cero, es decir, la interacción <strong>en</strong>tre los quarks y los gluones coloreados desaparecía. Esta<br />
extraña propiedad, única <strong>en</strong> lo que se refiere a las teorías de campo d<strong>el</strong> tipo Yang-Mills, se d<strong>en</strong>omina «libertad asintótica»: con <strong>en</strong>ergía<br />
asintóticam<strong>en</strong>te <strong>el</strong>evada, los quarks y los gluones coloreados se comportan como sí estuvies<strong>en</strong> libres y no interactuas<strong>en</strong>. Este descubrimi<strong>en</strong>to<br />
matemático lo realizó Hugh David Politzer <strong>en</strong> la Universidad de Harvard, e indep<strong>en</strong>di<strong>en</strong>tem<strong>en</strong>te David J. Gross y Frank Wilczek <strong>en</strong> la Universidad<br />
de Princeton, <strong>en</strong> 1973. Se basaba, <strong>en</strong> parte, <strong>en</strong> los trabajos anteriores de Curtis Call<strong>en</strong>, Kurt Symanzik y K<strong>en</strong> Wilson sobre la teoría de la<br />
r<strong>en</strong>ormalización. Este descubrimi<strong>en</strong>to sobre la cromodinámica cuántica <strong>en</strong>cajaba a las mil maravillas con experim<strong>en</strong>tos realizados previam<strong>en</strong>te<br />
<strong>en</strong> <strong>el</strong> Linear Acc<strong>el</strong>erator C<strong>en</strong>ter de Stanford y <strong>en</strong> otros laboratorios de física de alta <strong>en</strong>ergía, que ya habían demostrado que los quarks, si se<br />
examinaban a cortas distancias d<strong>en</strong>tro d<strong>el</strong> protón y d<strong>el</strong> neutrón, se comportaban de hecho como si fues<strong>en</strong> partículas libres d<strong>en</strong>tro de sus<br />
prisiones bolsiformes. Estos experim<strong>en</strong>tos apoyaban la idea de la libertad asintótica y la convicción creci<strong>en</strong>te de que la cromodinámica cuántica<br />
era la teoría correcta de la interacción que unía a los quarks.<br />
La cromodinámica cuántica ti<strong>en</strong>e una serie de simetrías internas que implican la exist<strong>en</strong>cia de leyes de conservación de carga, leyes que<br />
se manifiestan <strong>en</strong> las fuertes interacciones de los hadrones. La carga de color es una cantidad conservada, pero dado que todos los hadrones<br />
son neutros respecto al color, no hay medio de ver <strong>en</strong> acción <strong>en</strong> <strong>el</strong> laboratorio, esta ley de conservación. Sería como proponer una ley de<br />
conservación de la carga <strong>el</strong>éctrica <strong>en</strong> un mundo compuesto sólo de partículas <strong>el</strong>éctricam<strong>en</strong>te neutras: nunca podría observarse ninguna carga<br />
<strong>el</strong>éctrica para comprobar si se conservaba.<br />
Pero hay otras leyes de conservación de la carga que se aplican a los hadrones, que pued<strong>en</strong> comprobarse <strong>en</strong> laboratorio. El número de<br />
quarks de cada tipo deb<strong>en</strong> conservarse (los antiquarks se cu<strong>en</strong>tan negativam<strong>en</strong>te). Esto significa que <strong>en</strong> una interacción <strong>en</strong>tre los hadrones<br />
bolsiformes, <strong>el</strong> número de quarks u y d se manti<strong>en</strong>e constante. Pued<strong>en</strong> saltar de un hadrón a otro <strong>en</strong> <strong>el</strong> mom<strong>en</strong>to d<strong>el</strong> choque, cuando las bolsas<br />
se superpon<strong>en</strong>, pero su número total no cambia. Como las antipartículas se cu<strong>en</strong>tan negativam<strong>en</strong>te, la ley de conservación d<strong>el</strong> número de quarks<br />
u ti<strong>en</strong>e también <strong>en</strong> cu<strong>en</strong>ta la creación de un quark u y un antiquark u a partir de <strong>en</strong>ergía pura. Las diversas leyes de la conservación d<strong>el</strong> número<br />
de quarks, cuando se aplican a las interacciones fuertes de los hadrones observados, se confirman <strong>en</strong> miles de experim<strong>en</strong>tos de laboratorio:<br />
nadie duda de <strong>el</strong>las.<br />
Las interacciones débiles, que ya anteriorm<strong>en</strong>te hicimos m<strong>en</strong>ción, violan esas diversas leyes de conservación d<strong>el</strong> número de quarks. Por<br />
ejemplo, un quark <strong>en</strong>cantado puede convertirse <strong>en</strong> un quark d por la interacción débil, y esto viola la conservación d<strong>el</strong> número de quarks c y d<strong>el</strong><br />
número de quarks d. Pero hasta la interacción débil preserva la ley de conservación d<strong>el</strong> número total de quarks. El número de quarks m<strong>en</strong>os <strong>el</strong><br />
de antiquarks se manti<strong>en</strong>e estrictam<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o estándar.<br />
Esta ley (<strong>en</strong> apari<strong>en</strong>cia absoluta) de conservación d<strong>el</strong> número total de quarks, implica una rigurosa ley de conservación <strong>en</strong> las<br />
interacciones hadrónicas correspondi<strong>en</strong>tes: la ley de conservación d<strong>el</strong> número bariónico. Los bariones son la familia de hadrones de spin un<br />
medio y esta ley significa, <strong>en</strong> cualquier interacción, que su número total debe conservarse. Dado que <strong>el</strong> protón es <strong>el</strong> barión más ligero, ha de ser<br />
absolutam<strong>en</strong>te estable como consecu<strong>en</strong>cia de la ley de conservación d<strong>el</strong> número bariónico. No hay ninguna partícula a la que pueda pasarle su<br />
carga bariónica, de igual forma que <strong>el</strong> <strong>el</strong>ectrón no ti<strong>en</strong>e ninguna partícula más ligera a la que pasar su carga <strong>el</strong>éctrica. ¡No deja de ser una gracia!<br />
Los protones forman la mayor parte de la masa visible d<strong>el</strong> universo, y si pudieran desintegrarse rápidam<strong>en</strong>te <strong>el</strong> universo se desintegraría con<br />
<strong>el</strong>los.<br />
Ya m<strong>en</strong>cionamos que los gluones, al igual que los quarks, son coloreados y, además, <strong>en</strong> parejas: un color y un anticolor. Cuando sal<strong>en</strong><br />
de un quark para <strong>en</strong>trar <strong>en</strong> otro, le cambian a éstos su color original. Por ejemplo, un gluón rojo-antiazul cambia un quark rojo <strong>en</strong> uno antiazul.<br />
También, y, <strong>en</strong> <strong>el</strong>lo, difer<strong>en</strong>ciándose de los fotones, los gluones interactúan <strong>en</strong>tre <strong>el</strong>los intercambiando, a su vez, gluones. Por ejemplo,<br />
un gluón verde-antiazul interactúa con uno verde-antirrojo intercambiando un gluón azul-antirrojo. Lo anterior, para algunos físicos resulta algo<br />
<strong>en</strong>gorroso y complicado. Demasiados colores, demasiados antis. Mi<strong>en</strong>tras los fotones m<strong>en</strong>sajeros iban y v<strong>en</strong>ían tray<strong>en</strong>do sus noticias sin verse<br />
ni molestarse, los gluones ti<strong>en</strong><strong>en</strong> trem<strong>en</strong>das colisiones <strong>en</strong> sus trayectorias, perturbando la transmisión de la información de un quark a otro, y, de<br />
paso, complicando bastante la exist<strong>en</strong>cia de los estudiosos investigadores que <strong>en</strong> sus pap<strong>el</strong>es y pizarrones int<strong>en</strong>tan calcular sus efectos.<br />
Ello, a veces, invita a p<strong>en</strong>sar que <strong>el</strong> cuadro parece innecesariam<strong>en</strong>te complicado, con aspectos antiestéticos ocultos bajo nombres<br />
pintorescos que sirv<strong>en</strong> para distraer un poco la at<strong>en</strong>ción. Como cuando bajo una alfombra persa se tapan restos de desperdicios. Se echa de<br />
m<strong>en</strong>os la <strong>el</strong>egancia y simplicidad de las interacciones <strong>en</strong>tre masas y <strong>en</strong>tre cargas <strong>el</strong>éctricas.<br />
De todas maneras para mí, por lo m<strong>en</strong>os, lo anterior no implica que la cromodinámica cuántica está equivocada, pues ha demostrado un<br />
poder predictivo bastante impresionante. Un éxito notable fue la predicción d<strong>el</strong> topón, <strong>el</strong> quark de mayor masa (dosci<strong>en</strong>tas mil veces la d<strong>el</strong><br />
<strong>el</strong>ectrón). Cuesta tanto que se form<strong>en</strong> partículas pesadas, cuesta tanto juntar su «emececuadrado», la <strong>en</strong>ergía mínima que pued<strong>en</strong> t<strong>en</strong>er, que<br />
uno no se topa fácilm<strong>en</strong>te con un topón. Fue necesario ac<strong>el</strong>erar protones y antiprotones a v<strong>el</strong>ocidades cercanas a la de la luz, alcanzando una<br />
<strong>en</strong>ergía unas quini<strong>en</strong>tas mil millones de veces la <strong>en</strong>ergía de un fotón visible, y hacerlos estr<strong>el</strong>larse unos con otros, para poder g<strong>en</strong>erar este quark.<br />
Aunque predicha su exist<strong>en</strong>cia <strong>en</strong> 1977, sólo se le halló <strong>en</strong> 1995 <strong>en</strong> <strong>el</strong> Laboratorio Fermi, <strong>en</strong> Illinois, Estados Unidos.<br />
http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-06_17.htm (5 of 7)29/12/2004 23:30:32