Como un at¨®mo de oro

Despu¨¦s de 17 a?os, desde el descubrimiento en 1977 del quark bottom, tratando de encontrar este esquivo quark en diferentes experimentos de f¨ªsica de part¨ªculas, la colaboraci¨®n de f¨ªsicos que integra el experimento CDF del laboratorio Fermilab, de Chicago, ha anunciado la existencia de las primeras evidencias directas de producci¨®n del quark top. Es el ¨²ltimo de los constituyentes fundamentales de la naturaleza predicho por el Modelo Est¨¢ndar que a¨²n no hab¨ªa sido observado. El modelo est¨¢ndar es la teor¨ªa actual que mejor describe la composici¨®n y comportamiento de la materia del universo. Toda la materia existente puede explicarse hoy como una combinaci¨®n de 12 constituyentes b¨¢sicos (seis quarks y seis leptones) que interaccionan entre s¨ª mediante tres fuerzas (la gravitatoria, la nuclear fuerte y la electrod¨¦bil).Muchas de las predicciones del modelo est¨¢ndar se han confirmado con un ¨¦xito notable en las ¨²ltimas d¨¦cadas, debido al esfuerzo combinado de los f¨ªsicos en Europa y Estados Unidos y al avance de la tecnolog¨ªa de aceleradores y detectores. El acelerador de part¨ªculas de Fermilab (Tevatron) es el de mayor energ¨ªa de los existentes en el mundo y el ¨²nico capaz, por el momento, de producir el quark top.

En el Tevatron, don de haces de protones y antiprotones colisionan a muy alta energ¨ªa -1.8 TeV (equivalente a 1.800 veces la masa del prot¨®n)- el quark top se espera que se produzca por pares. Cada quark top se desintegra inmediatamente en un quark bottom y un boson W, uno de los bosones portadores de la fuerza d¨¦bil. As¨ª, si este quark se crea, los productos de la colisi¨®n prot¨®n antiprot¨®n observados tendr¨¢n la caracter¨ªstica singular de contener dos bosones W y dos quarks bottom.

Durante el per¨ªodo de agosto de 1992 a mayo de 1993 recogimos en CDF 16 millones de colisiones prot¨®n antiprot¨®n de las que, tras nueve meses de an¨¢lisis, conseguimos aislar una docena de ellas que tienen las caracter¨ªsticas mencionadas y que admiten interpretarse como producci¨®n del quark top, midi¨¦ndose una masa para el quark de 174 GeV, con una incertidumbre de 17 GeV.

El quark top es el constituyente m¨¢s pesado de los observados hasta ahora. Es casi tan pesado como un ¨¢tomo de oro. Es esta caracter¨ªstica la que lo hace especialmente interesante y a la vez tan dif¨ªcil de producir y observar. Su estudio puede permitir una mejor comprensi¨®n del proceso por el cual los objetos adquieren masa, que constituye uno de los retos m¨¢s importantes de la f¨ªsica actual todav¨ªa sin resolver.

La posibilidad de que esta docena de colisiones, una muestra relativamente peque?a, no sea debida a la producci¨®n de quark top, si bien es poco probable (0,26%), no puede decartarse totalmente. El trabajo en Fermilab no ha finalizado; en los pr¨®ximos meses esperamos recoger un n¨²mero hasta 10 veces mayor de colisiones prot¨®n antiprot¨®n que nos permitir¨¢n confirmar la existencia del top y medir muchas de sus caracter¨ªsticas.