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Lunes 18 de octubre de 2004 Este año el premio Nobel de Física lo obtuvieron tres científicos estadounidenses por sus aportes teóricos a la física subatómica. En sus investigaciones describen las interacciones entre los «quarks», las partículas fundamentales que forman los componentes del átomo. Por
Verónica Engler (*)
Ese mundo de liliputienses formado por partículas subatómicas ha sido el tema de las investigaciones laureadas con el Premio Nobel de Física 2004. Este año, al igual que el anterior -cuando el premio fue otorgado a tres investigadores que estudiaron la superconductividad y la superfluidez-, fueron premiados tres científicos que se destacan por sus investigaciones sobre fenómenos que tienen lugar en lo más recóndito de la materia: en esta ocasión, se trata de la fuerza que mantiene unidas a las partículas que forman los protones y los neutrones, llamadas quarks. Los ganadores del premio (1,3 millón de dólares) son David Gross, de 63 años, de la Universidad de California, en Santa Barbara; David Politzer, de 55 años, del California Institute of Technology, y Frank Wilczek, de 53 años, del Massachussets Institute of Technology. «El descubrimiento al que se le otorga este año el Premio Nobel es de importancia decisiva para nuestro entendimiento de cómo funciona una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, la fuerza que mantiene unidas a las más pequeñas piezas de la materia, los quarks», informaba la Academia sueca. «Hoy sabemos que existen cuatro fuerzas o interacciones fundamentales en la naturaleza -introduce Daniel de Florian, profesor del Departamento de Física de la FCEyN-. Estas fuerzas son: la electromagnética, responsable de mantener ligados a los electrones y al núcleo en los átomos; la gravitatoria, que hace que los planetas orbiten en torno al Sol (y que los objetos caigan al suelo y no al cielo); la débil, responsable del decaimiento radiactivo de ciertos núcleos; y la fuerte o de color, que es la que se ocupa de mantener unidos a los quarks». Justamente, las investigaciones por las que fueron laureados este año Gross, Politzer y Wilczek se ocupaban de esta última fuerza: la fuerte. Los trabajos de los tres científicos se dieron a conocer en la edición de junio de 1973 de la Physical Review Letters en dos artículos distintos -uno firmado por Gross y Wilczek, y el otro por Politzer-. Por ese entonces, Wilczek y Politzer todavía eran estudiantes de grado. La fuerza fuerte
El descubrimiento de la propiedad que explica el comportamiento de los quarks dio lugar a la formulación de una teoría para las interacciones fuertes, que se llama Cromodinámica Cuántica (QCD, por sus siglas en inglés). Lo que observaron experimentalmente Gross, Politzer y Wilczek a comienzos de los años 70 fue que estas pequeñas criaturas que pueblan el núcleo atómico se muestran indiferentes entre sí cuando se hallan cercanas, como si fueran organismos completamente libres. Pero los científicos también notaron que, cuando la distancia entre los quarks comienza a crecer, la atracción también aumenta y que, en fin, la libertad de marras es ilimitada sólo en apariencia. Es decir, que estas mínimas partículas nunca serán totalmente libres porque, cuanto más lejos están, más se atraen: su libertad es inversamente proporcional a la distancia que las separa. «Los quarks interactúan muy fuertemente a energías bajas (cuando están separados por grandes distancias). Esto indica que están confinados dentro del protón debido a la gran fuerza que los une y es muy difícil separarlos -explica Florian-. Pero, a energías grandes (cuando la distancia que los separa es pequeña), la interacción decrece y se comportan como partículas cuasi libres. A esta propiedad se la llama libertad asintótica, porque los quarks se comportarían como si fueran completamente libres cuando la energía tiende a infinito».
El aporte teórico de los tres científicos estadounidenses vino a completar lo que en física de partículas se ha dado en llamar el Modelo Estándar, que describe las tres fuerzas (electromagnética, débil y fuerte) que gobiernan la realidad que existe en el diminuto cosmos atómico. Y se halla en la dirección de lo que los físicos teóricos denominan la «teoría del todo», capaz de proveer una descripción unificada de todas las fuerzas de la naturaleza, incluyendo la gravedad, sin importar la escala espacial -desde las fuerzas que gobiernan los movimientos al interior del átomo hasta los fenómenos que ocurren en la galaxia más lejana-. El punto de contacto para unificar la explicación de las tres fuerzas que incluye este modelo es una magnitud que se llama «constante de acoplamiento» -que mide la intensidad de la interacción- y que en diferentes situaciones puede tomar el mismo valor para los tres niveles. «Con el advenimiento de las teorías cuánticas modernas sabemos que estas ´constantes´, en realidad, no son constantes, sino que dependen de la energía del proceso», aclara Florian. Lo que se pretende con ese desiderátum llamado «teoría del todo» es unificar todas las fuerzas existentes, para que todo lo que hay sea factible de entenderse como distintas manifestaciones de la misma fuerza. Pero ese objetivo todavía no se puede alcanzar con el Modelo Estándar, «ya que lo que permite es poner a las tres fuerzas en un marco común, pero siguen apareciendo como fuerzas independientes», explica el investigador. Además, la fuerza gravitatoria todavía queda afuera de este esquema totalizador.
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