Hallado el "¨²ltimo Iadrillo" de la materia
Uno de los objetivos m¨¢s perseguidos por la f¨ªsica fundamental en las ¨²ltimas dos d¨¦cadas se ha conseguido. El quark top, el sexto miembro de esta familia de part¨ªculas elementales que con otras seis constituyen los ladrillos de toda la materia que existe y que ha existido desde el origen del Universo, ha sido descubierto en el laboratorio Fermilab de Chicago (EE UU),tras 17 a?os de b¨²squeda. Para encontrarlo ha sido necesario construir todo un enorme acelerador de part¨ªculas a prop¨®sito, el Tevatron, en el que 379 f¨ªsicos estadounidenses, pero tambi¨¦n japoneses, italianos y una espa?ola, han tenido que tomar un bill¨®n de datos antes de cantar victoria. Ayer, en Chicago y en Roma, los directores del experimento CDF anunciaron el hallazgo del quark top.
El queso, las piedras, los planetas, las estrellas y las personas es tan hechas de ¨¢tomos. Los ¨¢tomos est¨¢n hechos de electrones que orbitan alrededor de un peque?isimo n¨²cleo hecho, a su vez, de otras part¨ªculas llamadas protones y neutrones. Estos neutrones y protones est¨¢n hechos de quarks. Los quarks est¨¢n hechos... de nada: son los trocitos mas peque?os que los f¨ªsicos han encontrado, hasta ahora."Ha sido muy emocionante y muy interesante; empezamos a tomar datos en el Tevatron en 1987 y hemos estado nueve meses analiz¨¢ndolos a fondo. Es muy dif¨ªcil hallar esta part¨ªcula porque es muy esquiva", cuenta Teresa Rodrigo, la primera espa?ola que ha participado en el experimento CDF (Collider Detector at Fermilab). "Ya hemos empezado a tomar nuevos datos que mejorar¨¢n mucho nuestros resultados", contin¨²a.
Los quarks ten¨ªan que ser seis y s¨®lo seis; pero hasta ahora s¨®lo se hab¨ªan encontrado cinco, y desde que se descubri¨® el quinto, hace 17 a?os, la b¨²squeda del ¨²ltimo se hab¨ªa convertido en un objetivo irrenunciable. El grupo CDF, dirigido por Mel Shochet y Bill Carithers, ha presentado 12 detecciones de la part¨ªcula.
El equipo ha titulado el articulo sobre su hallazgo, enviado a la revista Physical Review y firmado por 379 f¨ªsicos, Evidencia de producci¨®n de quark top. Ayer en Chicago Shochet mostr¨® la prudencia l¨®gica de los cient¨ªficos: "No hemos observado a¨²n suficientes ejemplos de producci¨®n de quark top para establecer la existencia de la part¨ªcula m¨¢s all¨¢ de cualquier duda, pero esta evidencia indica de modo contundente la existencia del sexto y ¨²ltimo quark que hemos estado buscando tanto tiempo".
Teor¨ªa comprobada
Igual que Mendeleiev, en el siglo pasado, elabor¨¦ su famosa tabla peri¨®dica -en la que estaban perfectamente ordenad¨®s tanto los elementos qu¨ªmicos conocidos entonces como las casillas vac¨ªas de otros muchos a¨²n por descubrir-, los f¨ªsicos del siglo XX han sido capaces de elaborar una tabla de las part¨ªculas elementales. Y en ella estaba vac¨ªa la casill¨¢ del quark top.
La teor¨ªa f¨ªsica que permiti¨® hace 20 a?os definir la tabla de las part¨ªculas es el Modelo Est¨¢ndar, que describe los componentes fundamentales de la materia y sus interacciones, y ha sido comprobada exhaustivamente. "Entre los te¨®ricos nadie dudaba de la existencia del quark top. Sin ¨¦l toda la teor¨ªa del Modelo Est¨¢ndar ser¨ªa inconsistente desde el punto de vista de la mec¨¢nica cu¨¢ntica", comenta Luis Ib¨¢?ez, f¨ªsico te¨®rico de la Universidad Aut¨®noma de Madrid.
"Hasta hoy el top era uno de los cimientos escondidos del edificio de la f¨ªsica microsc¨®pica. El valor exacto de ese quark pod¨ªa variar pero su existencia era imperativa. Sin este pilar de los cimientos, la casa se quedar¨ªa ceja", dice Bel¨¦n Gavela, f¨ªsico te¨®rico del CERN, en Ginebra.
Lo que el Modelo Est¨¢ndar viene a decir es que con un pu?ado de tipos de part¨ªculas elementales se construye la materia siguiendo unas reglas precisas, igual que con el alfabeto morse se puede escribir cualquier cosa con tres signos: el punto, la raya y el espacio. "Reflexionando sobre la formidable solidez de la teor¨ªa Est¨¢ndar de constituyentes e interacciones fundamentales, recuerdo la c¨¦lebre frase de Einstein: Lo mas incomprensible de universo es que es perfectamente comprensible", comenta Manuel Aguilar, f¨ªsico del Ciemat.
Pero, para hacer quesos, personas o estrellas no hacen falta todos los tipos de quarks, basta con los dos primeros. Toda la materia conocida que existe ahora en el universo est¨¢ hecha con los quarks up y down. Lo que pasa es que los f¨ªsicos se han dado cuenta de que debieron existir todos los quarks en los momentos iniciales de las historia del Universo, en el Big Bang, cuando todo el cosmos estaba muy caliente y concentrado. Enseguida se enfri¨® y los quarks pesados se desintegraron.
El quark top ya no existe en la naturaleza, el universo esta ahora demasiado fr¨ªo para mantenerlo con vida. Lo que hacemos en los aceleradores es recrear los primeros momentos del c smos", explica el italiano Lorenzo Fo¨¢, tambi¨¦n del CERN.
Einstein
Todo esto se debe a Einstein y a su afirmaci¨®n de que la energ¨ªa se convierte en materia y vivecersa. En los aceleradores se generan enormes cantidades de energ¨ªa y se crean part¨ªculas. Cuanta m¨¢s energ¨ªa, m¨¢s masivas son las part¨ªculas que se pueden producir y para encontrar el top ha habido que construir un acelerador prot¨®n / antiprot¨®n muy energ¨¦tico, el Tevatron.
Los f¨ªsicos de part¨ªculas estadounidenses, despu¨¦s de que los europeos hab¨ªan hecho en la ¨²ltima d¨¦cada los descubrimientos mas descollantes en este campo, ten¨ªan que mostrar con orgullo su importante hallazgo del top, m¨¢s a¨²n con el gigantesco superacelerador SSC cancelado recientemente por el Congreso.
El siguiente paso de los f¨ªsicos es explicar el origen de la masa de las part¨ªculas. Para ello la clave es Higgs, una part¨ªcula y una hip¨®tesis por ahora mucho m¨¢s oscura que el Modelo Est¨¢ndar. Para encontrar Higgs las esperanzas est¨¢n centradas en un nuevo acelerador de part¨ªculas, el LHC, que los europeos proyectan en el CERN.
Mientras tanto, el quark top "es un trozo de informaci¨®n fundamental que nos da una pista preciosa para avanzar en nuevas teor¨ªas de unificaci¨®n y supersimetr¨ªas", explica Ib¨¢?ez. "Es la cr¨®nica de un quark anunciado", resume este te¨®rico.
Con encanto y verdad
El nombre quark fue elegido por el fisico estadounidense Murray Gell-Mann, quien ide¨® el esquema de estas part¨ªculas y tom¨® el vocablo de la l¨ªnea "Three quarks for muster mark", del libro de James Joyce Finnegans Wake.Este original bautizo no es chocante en la comunidad cient¨ªfica de los f¨ªsicos de part¨ªculas que, aunque trabajan con conceptos muy abstractos y alejados de la vida cotid¨ªana., eligen para sus hallazgos y teor¨ªas nombres inusuales.
As¨ª, los dos primeros quarks se llaman up y down (arriba y abajo), los dos siguientes charm (encanto) y strange (extra?o), el quinto bottom o beauty (belleza) y el sexto, el top, se denomina tambi¨¦n truth (verdad). Y las propiedades de estas part¨ªculas son, por ejemplo, sabor y color, aunque nada tienen que ver con el gusto y la vista.
En realidad no son s¨®lo seis quarks lo que hace falta para construir toda la materia, sino tambi¨¦n seis part¨ªculas m¨¢s de otra familia, los llamados leptones, a la que pertenecen el electr¨®n y su neutrino, as¨ª como sus familiares m¨¢s pesados (el mu¨®n y su neutrino, y el tau y el suyo) asociados a la tres parejas de quarks. Y falta por detectar directamente uno de esos leptones, el neutrino del tau.
La pregunta es si los quarks realmente est¨¢n hechos de nada, si son los pedacitos fundamentales de la materia. Hasta llegar a los quarks, cada vez que los f¨ªsicos agitaban una part¨ªcula, como una caja de cerillas, sonaba como si tuviera algo dentro. Encontraron los neutrones y protones dentro del n¨²cleo y los quarks dentro de ¨¦stos. Pero cuando agitan los quarks no parece que suene nada dentro.
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