AL MIRAR, con un dejo de sarcasmo y una buena dosis de escepticismo, lo que ha progresado la humanidad en veintitantos siglos de preocuparse por los átomos, tal vez diríamos que mucho no hemos avanzado. En la teoría de las partículas elementales, tal y como la hemos expuesto hasta aquí, intervienen al menos 34 personajes: quince cuarks (de cinco sabores y tres colores) y seis leptones, que fungirían como "átomos"; los doce portadores de las fuerzas, entre ellos los ocho gluones que acarrean la interacción fuerte, el fotón electromagnético y los tres bosones vectoriales intermedios que llevan el mensaje de la fuerza débil; y finalmente, el bosón de Higgs que puebla el vacío y que nos permite renormalizar las teorías de campo de norma. Con un poco de cinismo, bien podría pensarse que el avance sobre la imagen griega de la materia, con sus cuatro elementos —tierra, aire, agua y fuego—, ha sido magro en verdad. Aunque lo último es evidentemente falso, no dejamos de sentir un gusanillo por saber más, por llevar la unificación de nuestros conceptos un paso más allá. Esto es precisamente lo que han hecho los físicos en los últimos años.
¿Cuáles preguntas quedarían sin respuesta satisfactoria si nos contentáramos con la teoría electrodébil y la cromodinámica cuántica? Meditando un instante, podemos formular una media docena de cuestiones: ¿En qué forma están emparentados los cuarks y los leptones? ¿De qué manera podemos predecir sus masas? ¿Podría ser que las intensidades de las fuerzas débil, electromagnética y fuerte, se igualaran cuando la energía de los procesos fuera muy grande? ¿Existe, en realidad, el bosón de Higgs, y cuál sería su masa? ¿Cómo tomar en cuenta a la gravedad en todo lo anterior? ¿Podemos explicarnos que en la vecindad de nuestro mundo haya preponderantemente materia, a pesar de que nada rompa la simetría de ésta con la antimateria?
Las respuestas a algunas de estas preguntas podrían, tal vez, esbozarse hoy con lo que llamamos la gran unificación. En tal teoría se busca englobar dentro del mismo marco teórico a las interacciones fuertes y débiles con las electromagnéticas. Hasta el momento, la gravitación no ha podido unificarse con las otras tres fuerzas. El sueño de Einstein no se ha convertido aún en realidad.
Varios hechos inducen a pensar en una gran teoría unificada. Tenemos, por un lado, las semejanzas entre cuarks y leptones. Ambos tipos de partículas aparentan ser elementales; ambas son fermiones y tienen un espín igual a
/2. Aunque el cuark tiene carga de color y los leptones no, las dos familias están cargadas eléctricamente y resienten la interacción débil. Además, la carga eléctrica de los cuarks está relacionada con la del electrón de una manera relativamente simple y, en todo caso, muy específica.Por su parte, las tres interacciones presentan ciertas características que sugieren una posible unificación. Ya dijimos que las tres fuerzas pueden describirse por un campo de norma, con sus apantallamientos y camuflajes. La carga eléctrica crece a distancias menores, es decir, a mayores energías; en contraposición, la carga de color se debilita al analizar procesos de más alta energía. Podría ser, ¿por qué no?, que a energías altísimas, todas las interacciones tuvieran la misma intensidad.
Si recordamos la historia de las diversas teorías de campos de norma, nos damos cuenta de su íntima conexión con las simetrías dinámicas de la naturaleza, y de ahí con la rama de las matemáticas conocida como teoría de grupos. Para unificar las tres fuerzas, necesitaríamos construir un campo de norma basado en una simetría local mayor, que incluya tanto la de la teoría electrodébil como la de la cromodinámica cuántica. Esto se ha hecho con grupos como el SU(5), el grupo de transformaciones unitarias en 5 dimensiones, aunque existen muchas otras estructuras matemáticas posibles. En todos los casos, surgen bosones intermedios que llevarían la interacción de unas partículas a otras: los cuarks podrían transformarse en otros cuarks, los leptones a su vez en otros leptones, pero también habría transformaciones de cuarks a leptones y viceversa. De aquí obtenemos una conclusión valida en cualquier teoría que unificara las tres fuerzas: el protón, por ejemplo, sería inestable y daría lugar a un antileptón (como un positrón) y a un mesón (como el p+), entre otros modos de decaimiento.
Diversas teorías unificadas predicen vidas medias distintas para el protón, aunque todas ellas son larguísimas, 10 31 años o más. De hecho, sabemos que la velocidad de decaimiento no podría ser muy grande, pues entonces nuestro propio cuerpo se dañaría con la radiación resultante. Para detectar una vida media tan larga como la del protón, es necesario contar con muchísimos de ellos, 10 33 o más. Esto puede lograrse si analizamos con cuidado lo que ocurre en un tanque de agua suficientemente grande. Para evitar confusiones, es mejor ocultar el recipiente y aislarlo hasta donde sea posible de los rayos cósmicos. Por ello estas mediciones se realizan llenando grandes recipientes de agua y colocándolos en minas profundas o en túneles como el del Monte Blanco. Hasta la fecha, mediados de 1986, no se ha determinado la vida media del protón; sólo ha podido establecerse que no sería menor que 10 32 años, cifra que definitivamente no concuerda con teorías unificadas como las que se basan en el grupo SU(5). En ellas no está la solución deseada, que deberemos buscar en modelos conceptualmente más amplios.
Fuente:http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/22/htm/sec_25.html
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