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  • Investigación y Ciencia
  • Julio 2015Nº 466

Física de partículas

Las enigmáticas propiedades de los gluones

Los físicos saben desde hace décadas que el protón y el neutrón se mantienen cohesionados gracias a los gluones. Sin embargo, los detalles relativos al comportamiento de estas partículas siguen rodeados de misterio.

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Los antiguos griegos creían que los átomos eran los constituyentes indivisibles de la materia. Sin embrago, en el siglo XX se consiguió escindir el átomo y se observó que estaba formado por elementos menores: protones, neutrones y electrones. Los dos primeros constan, a su vez, de otros componentes aún más pequeños, los quarks, los cuales se mantienen unidos gracias a ciertas partículas llamadas gluones (del inglés glue, «pegamento»). Hoy sabemos que quarks y gluones son partículas verdaderamente elementales. Sin embargo, incluso esta imagen tan detallada de la estructura íntima de la materia es incompleta.

Los experimentos que permiten sondear la estructura de los protones y los neutrones revelan una auténtica orquesta sinfónica en su interior. Cada una de estas partículas alberga en su seno tres quarks, una cantidad variable de gluones y una multitud de pares quark-antiquark que se crean y destruyen constantemente. Pero los protones y los neutrones no son las únicas partículas compuestas por quarks. En el último medio siglo, los experimentos con aceleradores de partículas han puesto de manifiesto que existen muchas otras. En general, las partículas formadas por quarks reciben el nombre colectivo de hadrones.

En la actualidad entendemos bastante bien la manera en que un quark y un gluon interaccionan entre sí. Pero, para nuestra consternación, aún no sabemos cómo esas interacciones dan lugar a las propiedades observadas de los hadrones. Por ejemplo, al sumar las masas de los quarks y los gluones que forman el protón, se obtiene un resultado que queda muy lejos de la masa total de esta partícula. ¿De dónde procede la masa que falta? Tampoco conocemos con exactitud el mecanismo por el que los gluones mantienen ligados a los quarks, ni por qué dicha unión parece depender de un tipo especial de carga, denominada «carga de color». También ignoramos cómo emerge el espín del protón a partir de los espines de los quarks constituyentes.

Si encontrásemos la respuesta a tales preguntas, empezaríamos por fin a entender el funcionamiento de la materia en su nivel más fundamental. Identificar los principales enigmas que rodean a quarks y gluones constituye, en sí mismo, un paso fundamental para entender las propiedades más íntimas de la materia. Las investigaciones presentes y futuras, entre las que se cuenta el estudio de configuraciones exóticas de quarks y gluones, deberían ayudarnos a resolver estos rompecabezas. Con algo de suerte, tal vez pronto salgamos de las tinieblas.

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