El Universo es más extraño de lo que parece: quarks con “sabores” que nunca pueden aislarse

Algo que aprendíamos en la educación básica hace algunos ayeres, es que la partícula más pequeña, la más indivisible era el átomo. Conforme uno va avanzando, nos decían que en realidad estaba compuesto por partículas más pequeñas, como los protones, neutrones y los electrones.

Ahora sabemos que los neutrones y protones están compuestos por quarks, los cuales también forman otras partículas más exóticas, dependiendo de su configuración y, si existe algo más profundo, está fuera del alcance de la tecnología actual y de nuestro conocimiento.

La física de partículas clasifica a los quarks como partículas elementales, poniéndolos al mismo nivel que electrones y neutrinos, una clasificación experimental, ya que ningún experimento ha logrado fragmentarlos ni revelar subestructura alguna, incluso a energías extremas.

Así, cuando hablamos de quarks, hablamos del límite actual de nuestra comprensión material. Son el último escalón conocido antes de que la descripción física deje de tener apoyo experimental directo, como la llamada “Teoría de cuerdas” que sólo es una descripción teórica de lo que podrían estar compuestos.

Seis quarks, seis “sabores”

Estas partículas están clasificadas en seis tipos distintos, conocidos como sabores, una forma técnica de distinguir partículas con propiedades físicas diferentes, como masa y carga eléctrica y no, no se trata de una metáfora culinaria, por si pensabas que los físicos también somos buenos chefs.

Antes de mostrar su clasificación, debemos aclarar que en realidad son 12, pues cada sabor tiene una antipartícula asociada, con la misma masa y propiedades opuestas. El conjunto completo de 6 quarks y 6 antiquarks forma la base de toda la materia hadrónica conocida y se conforman por:

• Los dos quarks más ligeros, up y down, forman la materia ordinaria. Combinados de distintas maneras, construyen protones y neutrones, por lo que sin ellos, los átomos estables no existirían y el Universo sería radicalmente distinto.
• Los quarks strange y charm son más masivos y aparecen en partículas inestables. Se producen de forma natural en rayos cósmicos o artificialmente en aceleradores, y su estudio fue clave para validar predicciones profundas de la teoría cuántica.
• Los quarks top y bottom son los más pesados. El quark top, en particular, es tan masivo que se desintegra casi de inmediato. Su existencia confirma que la naturaleza permite partículas mucho más pesadas que cualquier átomo.

Una fuerza más intensa que el amor

Estas partículas interactúan mediante la fuerza fuerte, aquella que mantiene unidos los núcleos atómicos. También conocida como la fuerza fundamental más intensa que se conoce en la naturaleza la cual actúa a través de partículas llamadas gluones, que transmiten la interacción entre quarks.

Lo interesante es que los gluones también interactúan entre sí, lo que se traduce en un comportamiento especialmente complejo ya que no disminuye al separar quarks, aumenta con la distancia, haciendo que separarlos requiera cada vez más energía, contrario a lo que ocurre con la gravedad o el electromagnetismo.

Como podemos ver, esta no es una interacción intuitiva, incluso para físicos expertos es complicado entenderlo, pues es consecuencia directa de una estructura matemática de la teoría que describe la fuerza fuerte, una de las 4 interacciones fundamentales del Universo.

Y si bien gracias a esta fuerza, los quarks permanecen ligados en combinaciones estables o inestables, siempre lo hacen de forma colectiva. Ya que nunca se les ha encontrado actuando como entidades solitarias dentro del Universo observable.

Quarks que nunca están solos

El aumento de la fuerza (fuerte) con la distancia, conduce a un fenómeno llamado confinamiento que, en términos simples, significa que los quarks jamás pueden aislarse ni observarse individualmente en ningún experimento ya que al intentar separar uno de otro, la energía no deja que se liberen.

Se transforma en nuevos pares de quarks y antiquarks, formando nuevas partículas compuestas en lugar de quarks libres. Por esta razón, siempre aparecen confinados dentro de hadrones, como protones, neutrones y otras partículas más exóticas. Por lo que el confinamiento no sólo es teórico, sino completamente físico.

Este fenómeno ha sido confirmado indirectamente en innumerables experimentos y simulaciones teóricas y nunca, nunca, nunca se ha detectado un quark libre, a pesar de décadas de búsquedas en condiciones extremas. La naturaleza no ha dado su brazo a torcer.

Es así que este tipo de interacciones y/o partículas, revelan un rasgo profundo del Universo, incluso en su nivel más elemental, la naturaleza impone reglas que impiden el aislamiento total. La materia, en su forma más básica, existe siempre en relaciones inseparables y no como el amor que te prometió tu ex...