El confinamiento de los quarks

¿Por qué no se ha observado todavía esta clase de partículas elementales, que permiten explicar tantas propiedades de las demás? Quizás se hallan retenidas en el interior de las otras partículas por fuerzas características de su propia naturaleza.

ANDREW CHRISTIE

Una partícula elemental de la materia, definida rigurosamente, es aquella que no tiene estructura interna y que no puede ser rota en partículas constitutivas más pequeñas. A lo largo de los últimos diez años, más o menos, se ha ido comprobando que muchas partículas que durante largo tiempo se pensó que eran elementales, entre las cuales se contaban partículas tan familiares como el protón y el neutrón, no lo son en absoluto. Por el contrario, se manifiestan como estructuras compuestas formadas por otras entidades más fundamentales llamadas quarks, de forma análoga a como un átomo se compone de núcleo y electrones.

El modelo quark es una simplificación impresionante de la naturaleza. En la formulación original de la teoría se suponía que solo existían quarks de tres especies, y que estas tres bastaban para explicar las propiedades de toda una clase de partículas con varias docenas de miembros. Cada miembro conocido de esta clase se podía entender como una combinación de quarks; más aún, cada combinación permitida de quarks daba origen a una partícula conocida. La correspondencia entre la teoría y los hechos observados parecía demasiado ajustada para ser accidental, y se emprendieron experimentos con el fin de detectar a los propios quarks.

Si los quarks son partículas reales, parece razonable que los podamos ver. Sabemos que un átomo consta de un núcleo y de una nube de electrones que rodea a este porque podemos dividir el átomo y estudiar sus constituyentes aisladamente. Sabemos que el núcleo, a su vez, está formado por protones y neutrones porque podemos dividirlo en fragmentos e identificar tales partículas constituyentes. Es fácil idear un experimento parecido en el que partículas que creemos constituidas por quarks, tales como los protones, se descomponen violentamente. Sin embargo, cuando esto se lleva a cabo nos encontramos con que el producto final contiene solo más protones y otras partículas familiares. No se ven objetos con las propiedades atribuidas a los quarks. Los físicos han buscado por todas partes, pero no han encontrado quarks libres.

Cabe, por supuesto, que en ningún experimento se haya buscado en el lugar correcto ni con los instrumentos apropiados; pero ello parece hoy improbable. Cabe también que los quarks no existan, pero los físicos se resisten a abandonar una teoría que tiene una enorme fuerza teórica. La contundencia y el vigor de la teoría evidencia, de forma muy clara, que los quarks existen en el interior de partículas tales como el protón; por otra parte, el fracaso continuo de los experimentos encaminados a descubrir quarks libres induce a creer que los quarks no existen aislados. Para resolver esta paradoja no hay otra vía que enunciar nuevas hipótesis teóricas sobre los quarks y las fuerzas que los ligan entre sí. Debe probarse que los quarks existen y que, por alguna razón, nunca aparecen aislados. Los físicos teóricos, que primero inventaron los quarks, tienen que dar ahora una explicación del confinamiento de los mismos en el interior de las partículas que integran.

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