XIX. PANTALLAS Y CAMUFLAJES

AL UNIR las ideas de los campos de norma con los cuarks de colores surgen, desde luego, los portadores de la interacci�n fuerte. Estos son, como en la teor�a electrod�bil de Weinberg y Salam, bosones vectoriales. Ya que ahora tratamos con una simetr�a local m�s compleja, los portadores de la fuerza son m�s complicados: se requieren ocho part�culas sin masa, los gluones (de la palabra inglesa glue, pegamento) para ligar a los cuarks entre s�. El cuark, al tener cargas de color, emite gluones, igual que un electr�n emite fotones porque est� cargado el�ctricamente.

�sta es la teor�a del color para las interacciones fuertes y se le llama, por sus analog�as con la electrodin�mica cu�ntica, la cromodin�mica cu�ntica; es una teor�a del campo de norma no-abeliana. Por ello, los portadores mismos de la fuerza, los gluones, llevan consigo el mismo tipo de cargas que las fuentes que los crean. En otras palabras, como los cuarks, los gluones tambi�n est�n coloreados: cada uno de ellos lleva a cuestas un cierto color y otro anticolor dado. Puesto que hay tres colores y tres anticolores, podr�a pensarse que deber�an haber nueve y no ocho gluones. Sin embargo, cuando el color y el anticolor del gluon son uno el inverso del otro, el gluon es blanco. Este gluon, con cargas verde-antiverde, roja-antirroja y azul-antiazul en iguales proporciones, no es pues efectivo como mensajero de la fuerza; de ah� que sean s�lo ocho los gluones que cuenten.

Que los bosones intermedios lleven cargas de color induce un comportamiento raro en las interacciones fuertes y en la forma como cambia esta fuerza con la distancia entre los cuarks. Como en el caso el�ctrico, las cargas de color tambi�n se apantallan por la polarizaci�n del vac�o: se crean pares q - virtuales y cualquier cuark que se a�adiere al vac�o los podr�a atraer o repeler. Pero, adem�s, el cuark emite y reabsorbe gluones con carga de color. Ello implica que la carga de color del cuark se desparrame a su alrededor, sirvi�ndole as� de camuflaje. El resultado neto, que puede calcularse si se usa la cromodin�mica cu�ntica, es el siguiente: a distancias cortas, menores que en fermi, la interacci�n fuerte se debilita y los cuarks parecen ser libres; pero a distancias grandes, la fuerza crece y es dif�cil arrancar a los cuarks. Con ello la paradoja de los cuarks empieza a disolverse.

En resumen, la cromodin�mica cu�ntica nos dice que los cuarks son asint�ticamente libres, a distancias muy cortas, pero que est�n siempre confinados. Con ello nos explica aquellos experimentos seg�n los cuales parecer�a que el prot�n estuviera formado por tres cuarks libres, al mismo tiempo que entendemos por qu� nunca hemos podido ver un cuark libre.

Para intuir mejor este resultado de la cromodin�mica cu�ntica, teor�a en que se unen las ideas del color a las de los campos de norma y los conceptos cu�nticos con los relativistas, es �til recordar lo que ya sabemos de la primera y de la segunda espectroscop�as. Para arrancar un electr�n de un �tomo, es necesario darle una energ�a que es cercana a las decenas de electr�n-voltios. Por su parte, el amarre de un prot�n en el n�cleo se rompe si a �ste le impartimos una energ�a equivalente a unos cuantos millones de eV. En ambos casos, la energ�a necesaria para liberar los constituyentes del sistema es mucho menor que la energ�a en reposo —es decir, la masa— de la part�cula que ha de arrancarse. As�, la masa del electr�n es del orden de medio mill�n de eV, y la de un nucle�n es un poco mayor que 900 MeV, ambas much�simo m�s grandes que las energ�as de amarre correspondientes. En contraste, en la tercera espectroscop�a, la de los cuarks, se requiere dar a �stos para arrancarlos una energ�a de al menos 10 GeV, que basta para engendrar un par cuark-anticuark. El cuark que se aleja del prot�n y que est� a punto de ser libre, se encuentra con este par q - virtual y se une al anticuark para formar un mes�n; el nuevo cuark, por su parte, ocupa el lugar del viejo y reconstituye el nucle�n original que busc�bamos destrozar. En vez de generar un cuark aislado, lo �nico que hemos logrado es formar un mes�n sin color.

De lo anterior podr�amos pensar que nuestras ideas sobre la interacci�n hadr�nica son ya firmes. Los hadrones, incoloros, sienten los vestigios de la verdadera interacci�n fuerte, aquella producida por las cargas de color que tienen los cuarks. Lo que se llam�, all� por los treintas, la fuerza nuclear, y que es la que liga a los protones y neutrones para formar n�cleos, es semejante a la fuerza que une a dos mol�culas, que son conjuntos de �tomos. Estos �ltimos act�an uno sobre el otro por medio de la fuerza electromagn�tica que liga los electrones al n�cleo, y cuando una mol�cula se halla frente a otra s�lo resta un p�lido recuerdo de esta fuerza. De manera semejante, un prot�n y un neutr�n ser�an mol�culas de cuarks ligados por la interacci�n fuerte: la fuerza nuclear entre protones y neutrones es el recuerdo de la fuerza de color que los cuarks se ejercen.

Con la teor�a electrod�bil y la cromodin�mica cu�ntica, ambas teor�as del campo de norma, hemos avanzado enormemente en nuestra comprensi�n del mundo de las part�culas elementales. Contamos ya con un marco conceptual unificado de las fuerzas electromagn�ticas y de las interacciones d�biles, as� como con una teor�a de las fuerzas nucleares. Sospechamos que los leptones y los cuarks son realmente elementales y podr�an, por lo tanto, ser esos �tomos que el hombre ha buscado desde la Antig�edad. �Qu� m�s nos queda por hacer?