Los protones y neutrones, las partículas que forman los núcleos de los átomos , pueden parecer realmente diminutos. Pero los científicos dicen que esas mismas partículas subatómicas están formadas por algo aún más pequeño: partículas llamadas quarks .
"Bueno, creo que la forma más sencilla de decirlo es que los quarks son el componente fundamental de la materia, de todas las cosas que nos rodean", explica Geoffrey West . Es un físico teórico que fundó el grupo de física de altas energías en el Laboratorio Nacional de Los Alamos y ahora es Profesor Distinguido Shannan en el Instituto Santa Fe . (También es autor del éxito de ventas de 2017 " Scale " , sobre cómo las leyes matemáticas que gobiernan la estructura y el crecimiento del mundo físico se aplican a la vida biológica y a la sociedad humana).
Al igual que los electrones y otros leptones , los quarks no parecen tener ninguna estructura y parecen ser indivisibles, como explica el físico de partículas de la Universidad de Melbourne Takaski Kubota en The Conversation.
Los quarks son tan pequeños que es alucinante incluso intentar expresar su tamaño estimado. El profesor de física de la University College London, Jon Butterworth, explicó que el radio de un quark es aproximadamente 2.000 veces más pequeño que el de un protón, que a su vez es 2,4 billones de veces más pequeño que un grano de arena.
Existencia de quarks propuesto por primera vez en 1964
La existencia de quarks fue propuesta por primera vez en 1964 por el físico teórico del Instituto de Tecnología de California Murray Gell-Mann , una de las figuras clave en el desarrollo del Modelo Estándar de física de partículas. Gell-Mann, ganador del Premio Nobel de Física de 1969 , descubrió que para explicar las propiedades de los protones y neutrones era necesario que estuvieran formados por partículas más pequeñas. Al mismo tiempo, a otro físico de CalTech, Georg Zweig , también se le ocurrió la idea de forma independiente.
La existencia de quarks fue confirmada por experimentos llevados a cabo de 1967 a 1973 en el Stanford Linear Accelerator Center.
Una de las cosas extrañas de los quarks, como explica West, es que se pueden observar, pero no se pueden aislar. "Hay una diferencia sutil", dice. "Son como electrones en los que los electrones son fundamentales, pero con los electrones podemos observarlos y también aislarlos. Puedes apuntar a un electrón. Con los quarks, no puedes sacar uno del núcleo y ponerlo sobre la mesa y examínelo ".
En cambio, al usar aceleradores de partículas gigantes, los científicos aceleran los electrones y los usan para sondear la profundidad del núcleo. Si se adentran lo suficiente, los electrones se dispersarán de los quarks , que se pueden medir con detectores muy sofisticados. "Reconstruimos lo que hay en el objetivo del que están compuestos los protones y neutrones", dice West. "Ves estos pequeños objetos puntuales que identificamos como quarks".
Hay seis tipos de quarks
Los quarks tienen cargas fraccionarias en comparación con los protones que forman. Hay seis tipos de quarks basados en la masa, y las partículas también tienen una cualidad llamada color, que es una forma de describir cómo la fuerza fuerte los mantiene unidos. El color es transportado por gluones , una especie de mensajero de la fuerte fuerza que une a los quarks. (Son análogos a los fotones ).
Un equipo de físicos de la Universidad de Kansas planea usar un dispositivo instalado en el Gran Colisionador de Hadrones , un acelerador de partículas masivo ubicado en un túnel de 27 kilómetros (17 millas) entre Francia y Suiza, para investigar la fuerte interacción entre quarks y gluones.
"La idea es comprender mejor el protón y la estructura de iones pesados, como el plomo, por ejemplo, y estudiar un nuevo fenómeno llamado saturación" , explica Christophe Royon , profesor de física de la Universidad de Kansas que dirige la investigación. en un correo electrónico. "Cuando dos protones o dos iones chocan a una energía muy alta, somos sensibles a su subestructura (quarks y gluones) y podemos sondear alguna región donde la densidad de gluones se vuelve muy grande".
"Una analogía sería el metro de Nueva York en las horas pico cuando el metro está completamente congestionado", continúa Royon. "En ese caso, los gluones no se comportan como identidades únicas sino que pueden mostrar un comportamiento colectivo, de la misma manera que un metro abarrotado, si alguien se cae, todos lo sentirán ya que las personas están tan cerca unas de otras. En algún momento, el los protones o los iones pesados pueden comportarse como un objeto sólido, como un vidrio, llamado condensado de vidrio de color. Esto es lo que queremos ver en el LHC y también en el futuro Colisionador de iones y electrones en los EE. UU. "
Royon dice que encontrar pruebas de la existencia de este material de gluón denso respondería a una de las mayores preguntas sin respuesta sobre los quarks. "Este es un nuevo estado de la materia", dice. "Ya aparecieron algunas pistas sobre el Colisionador de Iones Pesados Relativista o el Gran Colisionador de Hadrones, pero aún no hay nada seguro. Sería un descubrimiento importante, y tanto el Gran Colisionador de Hadrones como el Colisionador de Electrones-Iones son máquinas ideales para ver esto".
Los científicos también se preguntan si podría haber algo incluso más pequeño que un quark. "Surge la pregunta, ¿hay otro nivel todavía?" West dice. "No sabemos la respuesta a eso".
Eso es interesante
Gell-Mann obtuvo el nombre de la partícula de la novela experimental de James Joyce de 1939 " Finnegans Wake ", que contiene la línea "¡Tres quarks para Muster Mark!"
