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La Revista

La invención del quark

La estructura de la materia fue una incógnita adictiva a lo largo de la historia de la humanidad.

El descubrimiento de los quarks, partículas cien mil veces más pequeñas que los protones y los neutrones, parecehaber zanjado una discusión casi eterna. Por ahora.

Por Sin Firma
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quark

Es notable la cantidad de veces que la comunidad científica creyó tener una descripción de la estructura de la materia. Durante el siglo XIX se terminó de aceptar que estaba compuesta de átomos, partículas indivisibles que ya había postulado Demócrito en el siglo V antes de nuestra era. Pero estos átomos macizos acababan de ser aceptados, cuando se vio que de ellos brotaban electrones: obviamente, los átomos no eran, como se creía, partículas indivisibles sino estructuras compuestas. El físico inglés J. J. Thomson resolvió este inconveniente imaginando al átomo como una esfera de carga positiva, en la cual estaban incrustados los electrones… Pero otra vez los físicos se llevaron un chasco. Rutherford, mediante una serie de experimentos, mostró que no era así: el átomo estaba compuesto por un núcleo muy pequeño, alrededor del cual se movían los electrones: la masa del átomo no estaba distribuida sino concentrada en el centro del átomo. Y concentrada en un espacio muy pequeño, al que llamó núcleo. Así se elaboró el modelo del átomo como un sistema solar en miniatura. Un núcleo en el centro y los electrones girando alrededor. Otra vez, pareció que se había encontrado la verdadera estructura.

Pero no. En 1919 el propio Rutherford demostró que el núcleo estaba compuesto de partículas más pequeñas que llamó protones (lo cual significa “los primeros”).Y pensó que con ellos describía al núcleo atómico. Pero tampoco. En 1932, James Chadwick, un joven físico que colaboraba con Rutherford, envió a la revista Nature un informe con el título: “Sobre la posible existencia del neutrón”.Había encontrado una nueva partícula, que integraba el núcleo por derecho propio junto a los protones de Rutherford. Y ahora sí, pareció que hasta ahí se llegaba y que el problema de la estructura de la materia estaba finalmente resuelto: estaba hecha de átomos, a su vez formados por neutrones, protones y electrones. Y punto. Esta vez se tenía un modelo de átomo que cuadraba bien con la teoría y que presentaba virtudes de equilibrio y simetría. Tres partículas eran aceptables para describir todos los fenómenos de la materia. Los físicos tuvieron un tiempo de descanso. Hasta que el desarrollo de los aparatos de exploración empezó a revelar partículas nuevas, que llegaron a formar una especie de selva de doscientas, sin orden ni concierto: piones, kaones, muones y una larguísima lista. Crecieron los suspiros por un orden subyacente. Como cuenta el físico Leon Lederman: “En los30, a quien descubría una nueva partícula elemental se le daba el premio Nobel. En los 50, se lo maldecía”.

Hasta que en los años 60, Murria Gell-Mann y George Zweig establecieron que los protones y neutrones estaban compuestos por entidades aún más pequeñas, a las que llamaron quarks, y con ellos pusieron orden en la selva de partículas. Las combinaciones entre los tres tipos de quarks que postularon daban cuenta de todas las partículas conocidas hasta el momento, y un experimento en 1968 en el Acelerador Lineal de Stanford, bombardeando protones(una operación a escala aun más reducida del famoso experimento de Rutherford),comprobó que dentro del protón había, efectivamente, tres partículas más pequeñas.

Y otra vez la cosa pareció estabilizarse con la teoría de los quarks: la materia observable, una molécula de agua, un fragmento de ADN o un caballo, está formada básicamente por átomos que miden un diezmillonésimo de milímetro de diámetro. A su vez, los átomos están forma dos por electrones que giran muy lejos de un núcleo central, de diámetro diez mil veces más chico, de un cien milésimo de millonésimo de milímetro. Pero el núcleo está formado por protones y neutrones diez veces más diminutos (menos de un millonésimo de millonésimo de milímetro). Y esos protones y neutrones contienen partículas más de cien mil veces más pequeñas: los quarks, de menos de un cienmilésimo de millonésimo de millonésimo de milímetro de diámetro. Es lo que se llama modelo estándar.

Es posible que la rueda se detenga acá. Pero la experiencia parece indicar que la sucesión de sorpresas que depara el universo nunca se detiene. ¿Habrá partículas aún más pequeñas? Por ahora, los investigadores están buscando el llamado bosón de Higgs, que completaría con éxito el modelo estándar. ¿Y la cosa acabará allí?¿Quién puede saberlo?

Por Leonardo Moledo

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