XVII. LAS TEOR�AS UNIFICADAS
EN sus �ltimos a�os, cuando trabajaba en el Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Einstein se preocup� enormemente por hallar un marco conceptual que englobara su teor�a general de la relatividad con el electromagnetismo. Tal teor�a ser�a ejemplo de una teor�a unificada de los campos, en este caso el gravitacional y el electromagn�tico. Aunque el gran f�sico fall� en su intento, la l�nea de pensamiento por �l marcada qued� impresa en la ciencia y muchos f�sicos despu�s de Einstein buscaron teor�as unificadas. En ellas se trata de englobar, como diferentes manifestaciones de un mismo fen�meno, a algunas de las cuatro fuerzas que existen entre las part�culas elementales.
La primera unificaci�n con �xito se logr� no como quer�a Einstein cuando intent� unir la gravitaci�n con el electromagnetismo, sino con la llamada teor�a electrod�bil, que unifica las fuerzas d�biles y las electromagn�ticas. Veamos c�mo ocurri� esto.
Las diferencias entre la fuerza d�bil y la electromagn�tica son mucho m�s obvias que sus semejanzas. Hasta antes de 1973, esto era aun m�s evidente: se cre�a que la interacci�n d�bil proced�a s�lo a trav�s de mensajeros cargados. Estos, a diferencia del fot�n, son part�culas muy masivas, lo que explica el cort�simo alcance de la fuerza d�bil, que contrasta con las enormes distancias que el fot�n virtual sin masa puede recorrer. Otra caracter�stica que distingue las dos fuerzas es su magnitud, como ya hemos mencionado varias veces. Sin embargo, la intensidad de la fuerza d�bil crece con la energ�a m�s r�pidamente que el aumento de la interacci�n electromagn�tica. Podr�a ser que, a energ�as muy altas, ambas fuerzas tuvieran id�ntica intensidad, o que incluso la d�bil fuera mayor que la electromagn�tica; ser�a s�lo el muy corto alcance de la interacci�n d�bil lo que hiciera su efecto menor que el de la electromagn�tica. Finalmente, las interacciones d�biles violan la paridad,1 cosa que no hacen las otras fuerzas.
A pesar de estas diferencias, hay caracter�sticas importantes que comparten
ambas interacciones: su universalidad, para empezar, y el car�cter de sus mensajeros,
en segundo lugar. En efecto, todas las part�culas —leptones y hadrones—
sufren estas fuerzas, lo que no ocurre con la interacci�n fuerte, que s�lo act�a
sobre los hadrones. La otra semejanza importante es el car�cter del bos�n mensajero
de la interacci�n d�bil, cuyo momento angular es el del fot�n: ambos tienen
esp�n igual a 
;
por ello, se le llam� el bos�n vectorial intermedio.
A pesar de lo anterior, muchos f�sicos propusieron nuevas teor�as del campo para unificar las interacciones d�biles y las electromagn�ticas; hoy se les llama teor�as de campos de norma. En ellas se supone una nueva simetr�a, inobservada, entre las fuerzas d�bil y electromagn�tica. La teor�a electrod�bil que finalmente ech� ra�ces fue desarrollada por Steven Weinberg, de Harvard, e independientemente por Abdus Salam, f�sico paquistano, investigador del Imperial College de Londres y director del Centro Internacional de F�sica Te�rica, cuya sede est� en Trieste. Ellos, en un sentido u otro, generalizaron el trabajo que Yang2 y Mills hab�an realizado en 1954.
Ya hemos mencionado varias veces que la teor�a m�s precisa que han generado los f�sicos es la electrodin�mica cu�ntica. Esta es una teor�a en que, cambiando par�metros simples —por ejemplo, la masa y la carga del electr�n—, pueden obtenerse resultados sorprendentes: para el momento magn�tico del electr�n, digamos, el n�mero que se obtiene te�ricamente es (en las unidades apropiadas) 1.0011596553, mientras que el valor medido experimentalmente es 1.0011596577. Tal concordancia entre ambos n�meros, hasta 9 cifras significativas, no tiene precedente en la f�sica de todos los tiempos. Teor�as de campo como la electrodin�mica cu�ntica, donde se usan valores apropiados de algunos par�metros simples como la masa y la carga, se llaman renormalizables.
Pues bien, Weinberg y Salam encontraron la teor�a electrod�bil renormalizable, con la cual pueden predecirse varios resultados experimentales. Para ello, sin embargo, debieron suponer que no hab�a uno, sino tres bosones vectoriales intermedios: el W+ cargado positivamente, el W- con carga negativa, y un tercero, la part�cula Z0 , que ser�a neutra. Estos tres bosones, junto con el fot�n, ser�an los mensajeros de las fuerzas electrod�biles.
Aqu� encontramos el primer valladar que la teor�a de Weinberg y Salam debi�
saltar. No s�lo habr�a interacciones d�biles con mediadores cargados (como en
el proceso d�bil por antonomasia, el decaimiento del neutr�n, la desintegraci�n
b), sino tambi�n existir�an los procesos
d�biles neutros el�ctricamente. Durante muchos a�os, estos procesos de corrientes
d�biles neutras, como se les lleg� a conocer, eludieron su detecci�n. Sin embargo,
un grupo, formado por decenas de investigadores del CERN en Ginebra, observ�
en 1973 varios procesos, como la colisi�n de 
m
por electrones o el choque entre neutrinos y protones, que s�lo pueden explicarse
por el intercambio de Z0. En estos experimentos jugaba un
papel distinguido el f�sico italiano Carlo Rubbia, hoy en Harvard. Diez a�os
despu�s, el mismo Rubbia emple� un complicado detector para descubrir, en un
bello experimento en que chocan un prot�n y un antiprot�n, los bosones W
± y Z0. En uno
de cada cinco millones de choques entre protones y antiprotones en el acelerador
del CERN, un cuark del prot�n se aniquila con un anticuark del antiprot�n para
dar origen luego al bos�n vectorial intermedio. Estos bosones pod�an identificarse
plenamente con los requeridos por la teor�a electrod�bil, d�ndole as� una consistencia
inusitada. Por ese trabajo, Rubbia y el f�sico holand�s Simon van der Meer,
tambi�n del CERN, recibieron el premio Nobel de f�sica correspondiente a 1984.
Ya que la electrodin�mica cu�ntica y la teor�a electrod�bil, ambas teor�as cu�nticas del campo de norma, tuvieron tal �xito, se antoja ser m�s ambiciosos y preguntarse si no habr� una teor�a de norma, tambi�n renormalizable, para las interacciones fuertes, es decir, para predecir el raro comportamiento de las cuarks. Una teor�a tal ha sido desarrollada en los �ltimos a�os y, por su conexi�n con el color, se le ha llamado cromodin�mica cu�ntica. Con ella a la mano podremos, finalmente, entender el confinamiento de los cuarks, el porqu� son tan elusivos y por qu� nunca los hemos podido ver libres.
NOTAS
1 La conservaci�n de la paridad implica que en el universo no haya distinci�n entre izquierda y derecha: al penetrar en un mundo espejo del nuestro, donde izquierda y derecha se intercambien, las leyes de la naturaleza permanecer�n invariantes. En 1956, dos f�sicos chinos, C. N. Yang y T. D. Lee, sugirieron, para explicar la extra�a desintegraci�n del mes�n extra�o K, que la paridad pod�a violarse. Al comprobarse experimentalmente sus ideas unos cuantos meses despu�s (con el trabajo realizado por una amiga de ambos, la doctora Wu, tambi�n china de origen), Yang y Lee se volvieron famosos y recibieron el premio Nobel de f�sica en 1957. Ahora sabemos que s�lo las interacciones d�biles violan la paridad.
2 Como Gell-Mann, C. N. Yang tambi�n trabaj� en Chicago bajo la direcci�n de Fermi. Resulta notable la escuela dejada por el gran f�sico italiano; muchos de los que han contribu�do recientemente a la fisica de part�culas de manera importante fueron alumnos de Enrico Fermi. Lo mismo hab�a ocurrido en las primeras d�cadas de este siglo, en que la mayor�a de los grandes experimentadores estaban bajo la influencia —directa o indirecta— de Rutherford y los grandes te�ricos hablan recibido las ensenanzas de Niels Bohr, quien los reun�a en su instituto de Copenhague, financiado por la f�brica de cerveza Carlsberg.
