A partir de 1970, qued\u00f3 clara la relaci\u00f3n de la interacci\u00f3n d\u00e9bil y la electromagn\u00e9tica (electrod\u00e9bil de Weinberg-Salam).<\/p>\n
La interacci\u00f3n fuerte (como hemos dicho antes) s\u00f3lo act\u00faa entre las part\u00edculas que clasificamos en la familia llamada de los hadrones<\/a>, a los que proporciona una estructura interna complicada. Hasta 1972 s\u00f3lo se conoc\u00edan las reglas de simetr\u00eda de la interacci\u00f3n fuerte y no fuimos capaces de formular las leyes de la interacci\u00f3n con precisi\u00f3n.<\/p>\n Como apuntamos, el alcance de esta interacci\u00f3n no va m\u00e1s all\u00e1 del radio de un n\u00facleo at\u00f3mico ligero (10-13<\/sup> cm aproximadamente).<\/p>\n La interacci\u00f3n es fuerte. En realidad, la m\u00e1s fuerte de todas.<\/p>\n Bajo la influencia de esta interacci\u00f3n, las part\u00edculas que pueden desintegrarse, las \u201cresonancias\u201d lo hacen muy r\u00e1pidamente. Un ejemplo es la resonancia \u0394, con una vida media de 0\u20196 \u00d7 10-23<\/sup> s. Esta colisi\u00f3n es extremadamente probable cuando dos hadrones<\/a> se encuentran a una distancia cercana a 10-13<\/sup> cm.<\/p>\n <\/p>\n Hasta 1972 se pensaba que los mediadores de la interacci\u00f3n fuerte eran los piones<\/a>, que tienen esp\u00edn<\/a> 0 y una masa comprendida\u00a0 entre 135 y 140 MeV. Por ejemplo, la fuerte atracci\u00f3n entre dos protones<\/a> se debe fundamentalmente al intercambio de un pi\u00f3n<\/a>. Hoy en d\u00eda se dice que esto obedece al hecho de que los piones<\/a> son los hadrones<\/a> m\u00e1s ligeros y que, como los dem\u00e1s hadrones<\/a>, est\u00e1n formados por quarks<\/a>. La interacci\u00f3n fuerte es entonces un efecto secundario de una interacci\u00f3n m\u00e1s fuerte incluso entre quarks<\/a>. Los mediadores de esta interacci\u00f3n m\u00e1s fuerte son los gluones<\/a>.<\/p>\n Los gluones<\/a> en realidad son los fotones<\/a> de Yang-Mills<\/a> que act\u00faan sobre el color de los quarks<\/a>. Los quarks<\/a> son los ladrillos de la materia; forman los protones<\/a>, neutrones<\/a>, piones<\/a>, kaones<\/a>, etc., o sea, los bariones<\/a> y los mesones<\/a>. Cada tipo de quarks<\/a> (arriba, abajo, extra\u00f1o, encantado, etc.) pueden tener un color que, en realidad, son cargas m\u00e1s complejas que las cargas el\u00e9ctricas ordinarias que son positivas o negativas y que se neutralizan mutuamente, as\u00ed que, la carga el\u00e9ctrica en los quarks<\/a> est\u00e1 suplida por \u201ccolor\u201d rojo, verde o azul (que nada tienen que ver con los colores reales y se eligen por convenci\u00f3n). Los quarks<\/a> con diferente color se atraen entre s\u00ed, forman grupos de materia con mezcla de color. Los \u00fanicos trozos de materia que pueden encontrarse libremente en la naturaleza son mezcla de quarks<\/a> que no tienen color (blanco o alg\u00fan tipo de gris) de acuerdo con la regla que se parece a la siguiente: rojo + verde + azul = blanco.<\/p>\n Los antiquarks tienen los colores conjugados: magenta, violeta y amarillo. Los gluones<\/a> transportan a la vez un color y su anticolor, lo que da lugar a nueve combinaciones, pero una mezcla, una superposici\u00f3n de rojo\/anti-rojo, verde\/anti-verde o azul\/anti-azul que no tiene color, no participa. De manera que s\u00f3lo quedan ocho tipos de gluones<\/a>.<\/p>\n Aunque de pasada, parece conveniente hacer referencia aqu\u00ed a las leyes de conservaci\u00f3n, tales como la conservaci\u00f3n de la energ\u00eda, la conservaci\u00f3n del momentoy tambi\u00e9n la conservaci\u00f3n de la extra\u00f1eza (denotada por la letra s).<\/p>\n En la tabla de part\u00edculas de la p\u00e1gina 19 no he querido incluir los n\u00fameros de extra\u00f1eza (s) y de isoesp\u00edn<\/a> (I3<\/sub>). Pero es de observar que esos n\u00fameros no se conservan siempre que una part\u00edcula se desintegra. Esto se debe a que la interacci\u00f3n d\u00e9bil, responsable de la mayor\u00eda de las desintegraciones, no respeta estas leyes de conservaci\u00f3n. La fuerza electromagn\u00e9tica<\/a> tampoco conserva el isoesp\u00edn<\/a>.<\/p>\n Vida y muerte<\/span><\/p>\n Cuando hablamos del tiempo de vida de una part\u00edcula nos estamos refiriendo al tiempo de vida medio. La part\u00edcula que no sea absolutamente estable tiene, en cada momento de su vida, la misma probabilidad de desintegrarse. Algunas part\u00edculas viven m\u00e1s que otras, pero la vida media es una caracter\u00edstica de cada familia de part\u00edculas.<\/p>\n Lo que puede vivir una u otra part\u00edcula puede diferir de manera muy considerable. Por ejemplo, un neutr\u00f3n<\/a> vive 1013<\/sup> veces m\u00e1s que una part\u00edcula sigma<\/a>+<\/sup>, y una part\u00edcula sigma<\/a>+<\/sup> tiene una vida 109<\/sup> veces m\u00e1s larga que la part\u00edcula sigma<\/a>0<\/sup>. Pero si uno se da cuenta de que la escala de tiempo \u201cnatural\u201d para una part\u00edcula elemental (que es el tiempo que tarda su estado mec\u00e1nico cu\u00e1ntico, o funci\u00f3n de ondas, en evolucionar u oscilar) es aproximadamente 10-24<\/sup> segundos, se puede decir con toda seguridad que todas estas part\u00edculas son bastante estables; de hecho, en la jerga profesional de los f\u00edsicos las tienen como \u201cpart\u00edculas estables\u201d.<\/p>\n \u00bfC\u00f3mo se determina la vida de una part\u00edcula? Las part\u00edculas de vida larga, tales como el neutr\u00f3n<\/a> y el mu\u00f3n<\/a>, tienen que ser capturadas, preferiblemente en grandes cantidades, y despu\u00e9s se mide de manera electr\u00f3nica su desintegraci\u00f3n.<\/p>\n Que la mayor\u00eda de las part\u00edculas tengan una vida media de 10-8<\/sup> segundos significa que son extremadamente estables. La funci\u00f3n de onda interna oscila m\u00e1s de 1022<\/sup> veces por segundo. Este es el \u201clatido natural de su coraz\u00f3n\u201d con el cual se compara su vida. Estas ondas cu\u00e1nticas pueden oscilar 10-8<\/sup> \u00d7 1022<\/sup>, que es 1014<\/sup>, o lo que es lo mismo, 100.000.000.000.000 veces antes de desintegrarse de una u otra manera.<\/p>\n Aunque la vida del neutr\u00f3n<\/a> sea mucho m\u00e1s larga (en promedio, un cuarto de hora), su desintegraci\u00f3n tambi\u00e9n, como la anterior, se puede atribuir a la interacci\u00f3n d\u00e9bil. A prop\u00f3sito, algunos n\u00facleos radiactivos tambi\u00e9n se desintegran por interacci\u00f3n d\u00e9bil, pero pueden necesitar millones e incluso miles de millones de a\u00f1os para ello. Esta amplia variaci\u00f3n de vidas medias se puede explicar considerando la cantidad de energ\u00eda que se libera en la desintegraci\u00f3n. La energ\u00eda se almacena en las masas de las part\u00edculas seg\u00fan la bien conocida f\u00f3rmula de Einstein<\/a>, E = mc2<\/sup>.<\/p>\n Si no existiera la interacci\u00f3n d\u00e9bil, la mayor\u00eda de las part\u00edculas reflejadas en la tabla reflejada en el comentario de m\u00e1s abajo, ser\u00edan completamente estables. Sin embargo, la interacci\u00f3n por la que se desintegran las part\u00edculas \u03c00<\/sup>, \u03b7 y \u03a30<\/sup> es la electromagn\u00e9tica. Precisamente, estas part\u00edculas tienen una vida media mucho m\u00e1s corta, lo que nos induce a pensar que, aparentemente, la interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica es m\u00e1s fuerte que la interacci\u00f3n d\u00e9bil.<\/p>\n Tal c\u00famulo de part\u00edculas y de los complejos detalles que en cada una de ellas hay que tener en cuenta para tenerlas perfectamente clasificadas, hizo exclamar al gran f\u00edsico italiano Enrico Fermi<\/a> \u201csi llego a saber esto me habr\u00eda dedicado a la bot\u00e1nica<\/em>\u201d.<\/p>\n Cuando las part\u00edculas se desintegran, en realidad se transforman en otra. Un ejemplo t\u00edpico de una resonancia delta (\u0394)<\/p>\n \u0394++<\/sup> \u2192 p + \u03c0+<\/sup>;\u00a0 \u03940<\/sup> \u2192 p + \u03c0–<\/sup> \u00f3 n + \u03c00<\/sup><\/p>\n Como se puede ver en el ejemplo, la resonancia delta+<\/sup> se desintegra en un prot\u00f3n<\/a> y un pi\u00f3n<\/a>+<\/sup>; la neutra\u00a0 en un prot\u00f3n<\/a> y un pi\u00f3n<\/a>–<\/sup>, o en un neutr\u00f3n<\/a> y un pi\u00f3n<\/a> neutro.<\/p>\n Hay miles de ejemplos que se definen seg\u00fan las part\u00edculas que desintegramos.<\/p>\n Igual que Dimitri Ivanovich Mendeleev descubri\u00f3 el sistema peri\u00f3dico de los elementos qu\u00edmicos en 1869, as\u00ed tambi\u00e9n se hizo posible un sistema similar para las part\u00edculas. Esta pauta la encontraron independientemente el americano Murray Gell-Mann y el israel\u00ed Yuval Ne\u2019eman. Ocho especies de mesones<\/a>, todos con el mismo esp\u00edn<\/a>, u ocho especies de bariones<\/a>, con el mismo esp\u00edn<\/a>, se pod\u00edan reagrupar perfectamente en grupos que llamaremos m\u00faltiples. El esquema matem\u00e1tico correspondiente se llama SU(3).<\/p>\n Gell-Mann llam\u00f3 a esta teor\u00eda \u201cel \u00f3ctuplo camino\u201d. Lo tom\u00f3 prestado del budismo de acuerdo con el cual el camino hacia el nirvana es el camino \u00f3ctuplo. Cuando se propuso este esquema se conoc\u00edan nueve bariones<\/a> con esp\u00edn<\/a> 2\/3. No figuran en la tabla de p\u00e1ginas anteriores porque son resonancias; cuatro de ellas resonancias delta, que como hemos visto en el ejemplo anterior se desintegran en nucleones<\/a> estables y piones<\/a>. As\u00ed, Gell-Mann predijo un d\u00e9cimo bari\u00f3n<\/a>, el omega<\/a>–<\/sup> y pudo precisar la masa con bastante exactitud porque las masas de los otros nueve bariones<\/a> variaban de una manera sistem\u00e1tica siguiendo una pauta que s\u00f3lo tuvo que seguir para adjudicar la masa de la omega<\/a>–<\/sup>. Pero esta part\u00edcula con extra\u00f1eza s = -3 no ten\u00eda part\u00edcula ninguna en la que desintegrarse que no estuviera prohibida por las leyes de conservaci\u00f3n de la interacci\u00f3n fuerte. De modo que la omega<\/a> s\u00f3lo pod\u00eda desintegrarse por interacci\u00f3n d\u00e9bil, y por tanto, su vida media no pod\u00eda ser de tan s\u00f3lo 10-23<\/sup> segundos como los dem\u00e1s miembros del multiplote, sino que ten\u00eda que ser del orden de 10-10<\/sup> segundos. Consecuentemente, esta part\u00edcula deber\u00eda viajar varios cent\u00edmetros antes de desintegrarse y esto la har\u00eda f\u00e1cilmente detectable. La omega<\/a>–<\/sup> fue encontrada en 1964 con exactamente las mismas propiedades que hab\u00eda predicho Gell-Mann.<\/p>\n Se identificaron estructuras multiplotes para la mayor\u00eda de los dem\u00e1s bariones<\/a> y mesones<\/a> y Gell-Mann tambi\u00e9n consigui\u00f3 explicarlas. Sugiri\u00f3 que los mesones<\/a>, al igual que los bariones<\/a>, deb\u00edan estar formados por elementos constitutivos \u201cm\u00e1s fundamentales a\u00fan\u201d. Gell-Mann trabajaba en el Instituto de Tecnolog\u00eda de California (Caltech) donde conversaba a menudo con Richard Feynman, otro f\u00edsico muy famoso pero con personalidad muy diferente. Mientras que Gell-Mann es un hombre erudito en idiomas y literatura, con las artes en general, Feynman era un hombre hecho a s\u00ed mismo, un analista riguroso y un matem\u00e1tico excepcional, que se re\u00eda de cualquier cosa que le recordara la autoridad establecida; era un pensador libre y profundo.<\/p>\n Gell-Mann, cuando sugiri\u00f3 otros elementos m\u00e1s elementales que bariones<\/a> y mesones<\/a>, se refer\u00eda a los que m\u00e1s tarde llamar\u00eda quarks<\/a> y que, precisamente, en un n\u00famero de tres forma bariones<\/a>, mientras que los mesones<\/a> est\u00e1n formados por un quark<\/a> y un antiquark.<\/p>\n En la teor\u00eda quark<\/a>, por tanto, las \u00fanicas part\u00edculas realmente elementales son los leptones<\/a> y los quarks<\/a>. Al contrario que los electrones<\/a> y protones<\/a>, que poseen cargas exactamente iguales en valor absoluto, pero de signos opuestos, los quarks<\/a> tienen cargas que son fracciones de la carga electr\u00f3nica (+2\/3 \u00f3 -1\/3 de la carga electr\u00f3nica). Los quarks<\/a> aparecen en seis sabores (sin conexi\u00f3n con el gusto): up, down, charmed, strange, top y bottom. Los tres quarks<\/a> del prot\u00f3n<\/a> son uud, mientras que el neutr\u00f3n<\/a> est\u00e1 formado por udd. Cada sabor tiene su antiquark con carga opuesta.<\/p>\n Todos los bariones<\/a> est\u00e1n formados por tres quarks<\/a>, mientras que los mesones<\/a> est\u00e1n formados por un quark<\/a> y un antiquark, y los propios quarks<\/a> forman un grupo SU(3).<\/p>\n Las part\u00edculas \u201cordinarias\u201d contienen solamente quarks<\/a> u<\/em> y d<\/em>. Los hadrones<\/a> \u201cextra\u00f1os\u201d contienen uno o m\u00e1s quarks<\/a> s<\/em> o antiquarks .<\/p>\n Con tres quarks<\/a> y tres antiquarks se pueden formar nueve posibles combinaciones, pero la novena, un estado que cambia continuamente de \u00a0a \u00a0y , tiene un comportamiento excepcional. Este objeto llamado \u03b7r<\/sup> es considerablemente m\u00e1s pesado que los otros.<\/p>\n Como los tres tipos de quarks<\/a> pueden tener esp\u00edn<\/a> \u201chacia arriba\u201d o \u201chacia abajo\u201d, tenemos en total seis elementos, que dan lugar a 56 combinaciones diferentes de estos tres quarks<\/a>. Cada elemento del decuplete tiene esp\u00edn<\/a> 3\/2 y puede, por lo tanto, rotar de cuatro formas diferentes alrededor de su eje (uno de esos hechos maravillosos en mec\u00e1nica cu\u00e1ntica). Los miembros del octeto tienen esp\u00edn<\/a> \u00bd y, por lo tanto, s\u00f3lo pueden rotar de dos formas diferentes y as\u00ed es como salen los n\u00fameros: 56 = 4 \u00d7 10 + 2 \u00d7 8.<\/p>\n Realmente, la idea de que los hadrones<\/a> estuvieran formados por ladrillos fundamentales sencillos hab\u00eda sido tambi\u00e9n sugerida por otros. George Zweig, tambi\u00e9n en el Caltech, en Pasadera, hab\u00eda tenido la misma idea. \u00c9l hab\u00eda llamado a los bloques constitutivos \u201cases\u201d, pero es la palabra \u201cquark\u201d la que ha prevalecido. La raz\u00f3n por la que algunos nombres cient\u00edficos tienen m\u00e1s \u00e9xito que otros es, en realidad, un misterio. Einstein<\/a>, en un principio, llam\u00f3 a su teor\u00eda \u201cinvarianza\u201d, referida a la velocidad de la luz, pero m\u00e1s tarde Max Planck al comentarla la llam\u00f3 \u201cteor\u00eda de la relatividad<\/a>\u201d, y sin saber por qu\u00e9, hasta Einstein<\/a> termin\u00f3 adoptando el nombre que se hizo mundialmente famoso. Seguramente, el m\u00e1s conocido de todos los dados a las diversas teor\u00edas de la f\u00edsica.<\/p>\n Pero continuemos con los quarks<\/a> que, aparentemente, siempre existen en parejas o tr\u00edos y nunca se han visto solos. Los experimentadores lo han intentado numerosas veces, pero sin \u00e9xito.<\/p>\n Los quarks<\/a> (si se pueden aislar) tendr\u00edan propiedades incluso m\u00e1s extra\u00f1as. Por ejemplo, \u00bfcu\u00e1les ser\u00edan sus cargas el\u00e9ctricas? Es razonable suponer que tanto los quarks<\/a> u<\/em> como los s<\/em> y d<\/em> deban tener siempre la misma carga. Pero las tablas rese\u00f1adas antes nos sugieren que d<\/em> y s<\/em> tienen carga -1\/3 y el quark<\/a> u<\/em> tiene carga 2\/3, sin embargo, nunca se han observado part\u00edculas que no tengan carga m\u00faltiplo de la del electr\u00f3n<\/a> (negativa) o la del prot\u00f3n<\/a> (positiva). Si tales part\u00edculas existieran, ser\u00eda posible detectarlas experimentalmente. Que esto haya sido imposible debe significar que las fuerzas que los mantienen unidos dentro del hadr\u00f3n<\/a> son necesariamente incre\u00edblemente eficientes, ya que mantienen a los quarks<\/a> confinados en una distancia de R \u2248 hc\/\u039b \u2248 10-13<\/sup> cm.<\/p>\n Aunque la llegada de los quarks<\/a> ha clarificado bastante m\u00e1s el galimat\u00edas de la flora y fauna de las part\u00edculas subat\u00f3micas, todav\u00eda forman un conjunto muy raro, aun cuando solamente unas pocas aparezcan en grandes cantidades en el universo (protones<\/a>, neutrones<\/a>, electrones<\/a> y fotones<\/a>). Pero, como dijo una vez Sybren S. de Groot cuando estudiaba neutrinos<\/a>, \u201cuno termina enamorado de ellas, su comportamiento misterioso, su enorme peque\u00f1ez y su enorme importancia\u201d (unidas conforman todo lo que existe en el universo, incluidos nosotros mismos, que podemos pensar, discurrir y hablar sobre ellos). Los leptones<\/a>, por ser casi puntuales, son los m\u00e1s sencillos, y por tener esp\u00edn<\/a> se ven afectados por la interacci\u00f3n que act\u00faa sobre ellos de forma muy complicada. Pero la interacci\u00f3n d\u00e9bil de la que hablo est\u00e1 bien documentada.<\/p>\n Los hadrones<\/a> son mucho m\u00e1s misteriosos. Los procesos de choque entre ellos eran demasiado complicados para una teor\u00eda completa y sin fisuras. Si nos lo imaginamos como peque\u00f1as esferas hechas de alguna clase de material, a\u00fan nos queda el problema de entender los quarks<\/a> y encontrar la raz\u00f3n por la que se siguen resistiendo a los intentos de los experimentadores para aislarlos.<\/p>\n \u00bfPodr\u00e1 el LHC dar alguna respuesta?<\/p>\n Adem\u00e1s de otras fuentes est\u00e1 presente la de emilio silvera<\/em><\/p>\n
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