Three quarks for Muster Mark!

Cuando yo iba al instituto el latín era asignatura obligatoria. Recuerdo que mi profesora nos dijo al inicio de una clase que los griegos tenían una sociedad avanzadísima, que eran los creadores de la democracia tal cual la conocemos y aplicamos hoy en día, que sus métodos arquitectónicos no habían sido superados, y que incluso en el ámbito de la ciencia por más que nos creyésemos haber avanzado los griegos ya habían teorizado de forma correcta incluso sobre la existencia del átomo. En sendas afirmaciones me demostraba su vasta cultura general.

Demócrito teorizó sobre una estructura fundamental, efectivamente. Pensó que cada tipo de materia conocida estaría compuesta de partículas elementales; Definió esas partículas como la mínima porción que se pudiese obtener que mantuviese la “esencia”, las propiedades, de dicho tipo de materia, y lo llamó átomo (indivisible).

Pasemos por alto que pensaba que sólo había cuatro materias esenciales y por tanto cuatro tipos de átomos, y que entre los griegos su teoría de lo indivisible no tuvo mucho éxito y se olvidó hasta que la ciencia avanzó lo suficiente como para saltarse a Aristóteles y sus cuatro elementos, ya en el siglo XIX. Y es que del mismo modo que la democracia y arquitectura actuales se parecen a las griegas más o menos lo que un huevo a una castaña, lo mismo pasa con la teoría de los átomos.

Eso sí, lo que Demócrito llamó átomo es lo que seguimos llamando átomo. Es la mínima porción de una materia que mantiene las propiedades físicas de esa materia. Hay 109 tipos de átomo conocidos entre naturales y artificiales, y por tanto de materiales simples. Combinaciones de átomos (moléculas) son posibles para formar otros tipos de materia con otras propiedades. Su clasificación se observa en la tabla periódica de los elementos.

En lo que fallaron los griegos fue en el nombre del concepto, porque los átomos no son indivisibles. Y los físicos llevan desde los años 30 del XX intentando descubrir de qué se forman los átomos. Aún están en ello, y lo que queda. El acercamiento a la materia se hace con la esperanza de una solución bonita, del tipo encontrar muy pocas partículas diferentes que formen todos los átomos. Pero no sólo no es así, sino que hay tantas que ni siquiera se ha podido crear una tabla estilo la de los elementos, y cada día surgen más partículas diferentes según se mejoran los aparatos de investigación. Pero puedo intentar una explicación simple (y por tanto muy simplificada) que nos acerque al mundo de la estructura de la materia.

Supongo de todos conocido que todo átomo se forma de dos partes: núcleo y corteza. Durante un tiempo se pensó que la materia se componía de tres partículas, neutrones (con masa, sin carga), protones (con masa, con carga positiva) y electrones (con carga negativa, con masa una milésima de las anteriores). ¿Por qué se pensaba eso? Porque los aparatos de medida estaban diseñados para medir carga y masa, y esa es la diferencia entre esos tres tipos de partícula. ¿Y por qué los aparatos estaban diseñados para ello? Pues porque era la física que se conocía. ¿Cómo interactúan los cuerpos entre sí? A nivel macroscópico de dos modos: Por gravedad (masa) y por electromagnetismo (carga). Dos fuerzas de interacción, dos modos de medir.

La primera partícula que evolucionaba la teoría de los dos tipos de interacción diferenciados se llamó fotón. La luz durante el siglo XIX fue considerada una onda, y con la teoría electromagnética se explicaba. Pero no todas sus propiedades entran en ese concepto, para explicar que la luz se curve al acercarse a un planeta hace falta acudir a la gravedad, y por tanto a una masa. La luz debe ser onda y materia, y esa materia es pequeña y sin carga.

Damas y caballeros, aquí viene nuestro amigo Einstein y su E=mc^2. ¿Veis como sí os sonaba?

En los años 30 los físicos empezaron a bombardear átomos con partículas de las conocidas, y de las interacciones salieron distintas partículas con distintas propiedades y tan elementales como las 4 anteriores. Muchas nacen y mueren en la colisión y sólo existen un tiempo infinitesimal, porque surgen de la desintegración de las anteriores y se desintegran rápidamente a su vez liberando energía. Y lo que iba a ser llegar a la belleza de lo perfecto se convirtió en miles de fenómenos subnucleares. Se había abierto la tarta para una nueva física.

Ya en los años 50 la tarta tenía tantas porciones que se había hecho inmanejable. Se dice que Fermi afirmó que si hubiese previsto eso se hubiera dedicado a la botánica. En los años setenta y ochenta se conocían varios cientos de partículas.

¿Hemos avanzado algo? Sí, pero aún queda mucho camino que recorrer. Aún así, voy a intentar, siendo muy osada, resumir de forma muy simplificada cuántas partículas interactúan entre sí para formar la materia conocida y actual.

A nivel atómico existen dos fuerzas más de interacción, la nuclear fuerte y la electrodébil. La interacción débil es la responsable de mantener cohesionado el átomo, y de las relaciones entre átomos y moléculas. Tenemos un tipo de partícula fundamental que es aquella que sólo se ve afectada por la interacción débil. A esas partículas las llamamos Leptones.

Existen seis leptones: el electrón, el muón, el tau y tres neutrinos asociados a cada uno de ellos. Además cada uno tiene su antipartícula. En total 12 leptones. Se diferencian entre sí en su carga, masa, y/o en otras propiedades más complejas.

La interacción nuclear fuerte o fuerzas cromáticas hace que se formen partículas antes consideradas elementales a partir de otras más simples que se mantienen unidas entre sí. Por tanto, estas últimas son partículas fundamentales. A estas partículas las llamamos Quarks.

Se teorizaron primero y se han descubierto experimentalmente después seis tipos de quark: up, down, charm, strange, top y bottom, y sus correspondientes antiquarks. Pero sólo up y down son estables y forman la materia que vemos.

Debido a la interacción nuclear en la naturaleza no se encuentran quarks aislados. Forman otras partículas, los hadrones, uniéndose en grupos de dos (mesones) o tres quarks (bariones), que se sepa hasta ahora. Tanto el protón como el neutrón son bariones.

Y hasta aquí hemos llegado... de momento. No tenemos respuesta a muchísimas preguntas. Por eso los físicos siguen bombardeando partículas con otras partículas en los aceleradores y observando qué hacen las nuevas partículas que resultan. Para ver si se encuentra un aτομον, una partícula indivisible que forme la materia.

Una última curiosidad que he aprendido hoy con la bibliografía del artículo (y es que estas cosas las tengo, por desgracia, muy oxidadas). ¿De dónde procede el nombre de Quark? Pues en el año del Señor de 1963 Gell-Mann había descubierto que el protón estaba formado por tres partículas fundamentales. Haciendo un descanso en sus investigaciones se puso con una lectura ligerita, Finnegans Wake, de James Joyce:

Three quarks for Muster Mark!

Sure he has not got much of a bark

And sure any he has it's all beside the mark.

Quark era como el grito de la gaviota. Pero la frase three quarks encajaba bien con lo descubierto y así nació el término.

¿Cuál es la moraleja de este artículo? Pues que hay personas de letras que no pasan de enseñar latín a adolescentes y que asumen que la ciencia no avanza desde Grecia, y personas de Ciencias que descubren partículas, son mundialmente reconocidas y leen a Joyce, pero lo único seguro es que los de ciencias no tienen cultura general y los de letras sí.