Nuevas pistas sobre el pegamento subat¨®mico

Los f¨ªsicos de part¨ªculas son considerados como las cuadrillas de demolici¨®n de lo muy peque?o, que se dedican a destrozar diminutos fragmentos de materia para descubrir los pedazos a¨²n m¨¢s peque?os de los que est¨¢ compuesta. As¨ª que puede resultar sorprendente que en este campo se haya descubierto recientemente un nuevo motor de descubrimientos: volver a juntar todas las piezas de nuevo, a veces de maneras extra?as que muy raramente se dan en la naturaleza, si es que alguna vez se producen. El pegamento que sirve de uni¨®n a estos experimentos es la llamada interacci¨®n fuerte, que normalmente queda relegada a mantener juntos los quarks, los bloques de construcci¨®n de part¨ªculas tan aburridas como los protones y los neutrones.

"Estos tres hallazgos son jerogl¨ªficos muy importantes", dice el f¨ªsico Frank Close

Unos indicios de extra?as creaciones comenzaron a surgir el a?o pasado

Pero los te¨®ricos llevaban mucho tiempo sospechando que la interacci¨®n fuerte ten¨ªa su lado salvaje y que podr¨ªa ser capaz de coger los equivalentes subat¨®micos de una chimenea estilo Tudor por aqu¨ª, una fachada Art Deco por all¨¢, y juntarlos para crear un grupo completamente nuevo de part¨ªculas.

Los indicios de esas extra?as creaciones comenzaron a aparecer en 2003. A pesar de que los quarks normalmente se congregan en grupos de dos y de tres, varios laboratorios afirmaron el verano pasado que estaban observando lo que parec¨ªan ser burdos conglomerados de cinco quarks. En un art¨ªculo publicado el 31 de diciembre pasado, investigadores del Acelerador de Alta Energ¨ªa de Tsukuba, Jap¨®n (KEK, siglas en japon¨¦s) describen lo que los investigadores creen que es un par de quarks bailando, o suficientemente juntos como para formar una nueva part¨ªcula ¨²nica. El descubrimiento en el KEK, que sigui¨® a otro relacionado en el Centro del Acelerador Lineal de Stanford (EE UU), podr¨ªa tambi¨¦n ser una extra?a combinaci¨®n de tan s¨®lo dos quarks denominada charmonio, seg¨²n creen algunos te¨®ricos. De cualquier manera, se espera que la avalancha de resultados proporcione nuevos puntos de vista sobre la interacci¨®n fuerte, considerada de forma general como una de las partes m¨¢s oscuras e intratables del Modelo Est¨¢ndar, la teor¨ªa actual que explica la estructura b¨¢sica de la materia.

"No entendemos c¨®mo funciona realmente esta interacci¨®n cuando se vuelve muy fuerte (cuando forma n¨²cleos at¨®micos, por ejemplo, o compone esas part¨ªculas), dice Frank Close, profesor de f¨ªsica te¨®rica de la Universidad de Oxford (Reino Unido). Close compara las pistas dispersas acerca de la manera en que funciona la interacci¨®n fuerte con jerogl¨ªficos sin descifrar. "Necesitamos m¨¢s jerogl¨ªficos para poder descodificarlos", dice. "Estos tres descubrimientos son jerogl¨ªficos muy importantes".

Los hallazgos han sido especialmente bienvenidos en un campo que se encuentra, de alg¨²n modo, a la deriva, sin ninguna nueva maquinaria que pueda destrozar la materia en pedacitos a¨²n m¨¢s peque?os. En 1993, el Congreso de EE UU suspendi¨® la construcci¨®n del gigantesco S¨²per Colisionador Superconductor (SSC), que ten¨ªa que haber empezado a funcionar ahora. Y el futuro acelerador LHC, que se construye en el Laboratorio Europeo de F¨ªsica Part¨ªculas (CERN) no entrar¨¢ en funcionamiento hasta 2007.

Robert Cahn, f¨ªsico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que trabaja en el denominado experimento BaBar en Stanford, ha dado nombre al interregno de part¨ªculas: la era no-SSC. Pero luego a?ade: "Y aqu¨ª llega esta cosa desde la otra banda".

A pesar de que los f¨ªsicos saben que los protones y los neutrones est¨¢n formados por grupos de tres quarks, no ha sido posible liberar un quark. Esto es debido a que la interacci¨®n fuerte no se vuelve m¨¢s d¨¦bil -a diferencia de la gravedad o las fuerzas el¨¦ctricas- cuanto m¨¢s separadas se encuentren las part¨ªculas. Nunca pueden escapar del pegajoso abrazo de otro quark. Las part¨ªculas que transmiten la interacci¨®n fuerte de quark a quark, denominadas gluones, cambian de forma. Pasan parte del tiempo bajo la apariencia de otros quarks. Esa caracter¨ªstica significa que las part¨ªculas pesadas como los protones y los neutrones tambi¨¦n est¨¢n llenas de esos quarks m¨¢s evanescentes que existen y dejan de existir.

Para complicar las cosas, existen ocho tipos diferentes de gluones, cada uno con un tipo distinto de carga. Y hay seis variedades de quarks, cada una con su propio nombre: up, down, top, bottom, charm y strange. En un amable intento de profundizar en los esfuerzos te¨®ricos para unificar las fuerzas en el Modelo Est¨¢ndar (fuerte, d¨¦bil y electromagn¨¦tica) con la gravitaci¨®n, Chris Quigg, te¨®rico de part¨ªculas del Fermi National Accelerator Laboratory dice: "S¨®lo es una teor¨ªa de todo si se pueden explicar todas las cosas. Los experimentos nos est¨¢n obligando a intentar comprender la teor¨ªa en lugares en que los c¨¢lculos resultan dif¨ªciles". Y a?ade: "Si te llamas a ti mismo te¨®rico y te tienes algo de respeto, tienes que asumir el reto".

En un episodio que apenas de da en la actualidad en los equipos de investigaci¨®n sobre part¨ªculas, que est¨¢n formados normalmente por cientos de f¨ªsicos, el desaf¨ªo comenz¨® el a?o pasado cuando un ¨²nico cient¨ªfico se dio cuenta de que algo extra?o suced¨ªa en los datos que sal¨ªan de BaBar. Al igual que muchos experimentos de hoy en d¨ªa, cuando los f¨ªsicos no tienen ninguna esperanza de traspasar la frontera de la alta energ¨ªa en las colisiones, BaBar utiliza una estrategia diferente: crear un n¨²mero descomunal de part¨ªculas que son seguidas de cerca cuando se deterioran y transforman en otros productos, con la atenci¨®n puesta en medir sus propiedades de forma precisa y encontrar lo ex¨®tico. Los cient¨ªficos son dados a denominar esto como la frontera de la luminosidad, seg¨²n Stephen L. Olsen, f¨ªsico de la Universidad de Hawai, que traza una analog¨ªa entre los haces intensos de part¨ªculas y los haces brillantes de luz. BaBar, por ejemplo, ha creado unos 150 millones de pares de mesones B, unas part¨ªculas formadas por un quark bottom y uno up o down.

Hace un a?o, Antimo Palano, un colaborador en el experimento de la Universidad de Bari (Italia), estaba comprobando un proceso de desintegraci¨®n y vio un peque?o bache en la muestra de datos. A?adi¨® m¨¢s datos, y la se?al continu¨® haci¨¦ndose mayor. El equipo anunci¨® una nueva part¨ªcula en abril. "Estaba buscando algo nuevo en los datos, y tuve la suerte de verlo", explic¨® Palano.

?Pero qu¨¦ era la part¨ªcula? Palano y algunos compa?eros cre¨ªan que era un tipo de mes¨®n D buscado desde hace tiempo que contiene un quark charm y un quark strange. De hecho, Estia Eichten, te¨®rico de Fermilab, dijo que ¨¦l y otros hab¨ªan predicho una masa incorrecta de la part¨ªcula, uno de los motivos por los cuales nadie la hab¨ªa encontrado antes. Si esa interpretaci¨®n resultara ser cierta, arrojar¨¢ luz sobre los trabajos acerca de la interacci¨®n fuerte, dijo Eichten: sus c¨¢lculos err¨®neos presupon¨ªan que los dos quarks daban vueltas el uno en torno al otro como el prot¨®n y el electr¨®n de un ¨¢tomo de hidr¨®geno. Los c¨¢lculos mejorados sugieren que los mesones se hallan amarrados el uno al otro como por una goma el¨¢stica, con uno de los quarks comport¨¢ndose como si pr¨¢cticamente no tuviera nada de masa.

Pero otros f¨ªsicos, como Close, insinuaron que la sorprendente masa de la part¨ªcula podr¨ªa explicarse m¨¢s f¨¢cilmente si fuera una especie de mol¨¦cula de otros dos mesones, dando vueltas el uno en torno al otro pero intercambiando a pesar de ello otras part¨ªculas que les ayudan a mantenerse unidos. Close dec¨ªa que el debate sigue sin resolver. Pero hacia el mes de julio, la Thomas Jefferson National Accelerator Facility de Newport News (Virginia), hab¨ªa presentado datos que podr¨ªan haber zanjado la cuesti¨®n de que se hab¨ªan visto casos de conglomerados de cinco quarks: dos quarks up, dos down y uno strange revoloteando en una confraternidad jam¨¢s vista antes. "En el momento actual", dice Lawrence Cardman, un subdirector del acelerador, "no existe que yo sepa ning¨²n modelo que explique todos los datos". Un punto de vista nos muestra a los quarks up unidos muy estrechamente a los quarks down, y el quark strange por s¨ª solo, y el armatoste entero dando tumbos como una mol¨¦cula de tres ¨¢tomos. Otro dice que se forma un conglomerado que vibra y da vueltas, consistente en una pepita de dos quarks y otra de tres quarks.

Por ¨²ltimo, en el art¨ªculo publicado el ¨²ltimo d¨ªa del a?o en la revista Physical Review Letters, un grupo del KEK dice que ha hecho otro descubrimiento sorprendente, al que llama X(3872). Un cierto n¨²mero de te¨®ricos creen que la part¨ªcula es un tipo de charmonio (el t¨¦rmino que define a un par de quarks encanto que orbitan uno en torno al otro). Algunos cient¨ªficos, entre ellos Olsen, el jefe del grupo, creen que han descubierto otra mol¨¦cula m¨¢s de quarks. En este caso, la mol¨¦cula contendr¨ªa un par de mesones, cada uno consistente en un quark charm y un quark up. De alg¨²n modo esa colecci¨®n aparentemente fr¨¢gil permanecer¨ªa unida el tiempo suficiente como para poder ser detectada. A pesar de esos interrogantes, dice Olsen, "nos inclinamos hacia este punto de vista molecular". Si se suma todo esto, dice Close, se ver¨¢ que ha sido un gran momento para la investigaci¨®n de la interacci¨®n fuerte, y a?ade que los cient¨ªficos estan algo m¨¢s cerca de entender el misterioso pegamento del n¨²cleo at¨®mico.

? The New York Times