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El Premio Nobel de Física del 2004, anunciado el martes pasado, reconoce el trabajo de tres físicos teóricos estadounidenses quienes hace tres décadas lograron explicar, con sus elegantes fórmulas matemáticas, cómo está constituido el núcleo atómico.
Su trabajo ha permitido entender cómo se comportan las partículas más pequeñas de la materia, los quarks. Un hallazgo que permite no solo comprender al pequeño átomo, sino tratar de imaginar cómo se comporta la materia bajo condiciones extremas, como las que ocurrieron en los primeros instantes del Big Bang .
Desde la década de los años sesenta los físicos teóricos ya intuían que las partículas más pequeñas del núcleo atómico no eran los protones y los neutrones. Los doctores Murray Gell-Mann y George Zweig habían sugerido que esos constituyentes del núcleo atómico no eran partículas elementales; en realidad los neutrones y los protones estaban compuestos por partículas más pequeñas a las que bautizaron quarks.
Sin embargo, ningún experimento realizado con aceleradores de partículas lograba obtener quarks libres. Era un asunto de fe, se creía que existían, pero nadie los podía ubicar.
Todo cambió en 1973. En la misma edición de la revista Physical Review Letters , David Gross y Frank Wilczek –en un trabajo conjunto– y David Politzer –de forma individual–, publicaron sus fórmulas matemáticas mediante las cuales se explicó, por primera vez, cómo actúa la interacción fuerte: una de las cuatro fuerzas –o interacciones– de la Naturaleza; la que está encargada de mantener unidos a los quarks y, por tanto a los núcleos atómicos.
Los ahora laureados con el Premio Nobel de Física, explicaron entonces que los pequeñísimos quarks no pueden ser encontrados individualmente, pues estas partículas nunca son completamente libres.
Prisioneros
Lo que sucede es que los diminutos quarks nunca pueden estar solos, están confinados a una vida en trío.
Justamente es la interacción fuerte, conocida también como la teoría cuántica cromodinámica (QCD), la que mantiene unidos a los quarks en bloques triangulares.
Esto se logra a través de un complejo mecanismo. Por un lado los quarks tienen carga eléctrica cuya atracción crea una unión entre ellos.
Sin embargo, su vínculo no termina ahí. Los quarks además de carga eléctrica, tienen otra propiedad, descrita por los físicos como carga de color.
La carga de color puede ser roja, azul o verde. Los bloques tienen un quark por cada carga de color, logrando así, al combinarse, una carga neutra o blanca. Mas los quarks no se quedan invariables, existen intercambios de fuerza, o de colores, dentro del núcleo atómico.
Estas se dan gracias al derrame de la fuerzas del color que viajan a través de unas partículas entrelazadoras –que no tienen masa– y se llaman gluones (de glue , que significa goma en inglés).
Si bien los quarks están destinados a una vida en trío, resulta que cuando se encuentran muy cerca uno de otros, las interacciones fuertes son más débiles; esto los lleva a comportarse casi como partículas libres. Se trata de una “libertad asintótica”.
Sin embargo, cuando los quarks están alejados, la fuerza es mucho mayor, ya que la interacción fuerte aumenta con la distancia. Es como si los uniera una banda de hule: existe una mayor resistencia cuanto mayor es la distancia entre ellos.
Tras un modelo unificado
La Real Academia Sueca de las Ciencias, organismo que otorga el Premio Nobel en Física, dijo que el trabajo sobre la interacción fuerte entre los quarks sirvió para dar una descripción unificada de todas las fuerzas de la Naturaleza, desde las distancias más pequeñas dentro del núcleo atómico, hasta las enormes distancias del Universo.
Y es que la teoría cuántica de la cromodinámica –la interacción fuerte– junto a la interacción débil (responsable del decaimiento radiactivo) y la interacción electromagnética (que proporciona luz y cohesión); ha permitido explicar como se comporta la materia en el microcosmos; algo conocido como el Modelo Estándar.
De lograrse incluir la fuerza de la gravedad en ese modelo, se alcanzaría el gran sueño de la física de formular una teoría unificada.
“Gracias a su hallazgo, David Gross, David Politzer y Frank Wilczek han traído a la física a un paso más cerca de alcanzar el gran sueño, el de formular una teoría unificada que abarque la gravedad –una teoría de todo–”; concluye la Real Academia Sueca de las Ciencias en su fallo.
