XX. LA GRAN UNIFICACI�N

AL MIRAR, con un dejo de sarcasmo y una buena dosis de escepticismo, lo que ha progresado la humanidad en veintitantos siglos de preocuparse por los �tomos, tal vez dir�amos que mucho no hemos avanzado. En la teor�a de las part�culas elementales, tal y como la hemos expuesto hasta aqu�, intervienen al menos 34 personajes: quince cuarks (de cinco sabores y tres colores) y seis leptones, que fungir�an como "�tomos"; los doce portadores de las fuerzas, entre ellos los ocho gluones que acarrean la interacci�n fuerte, el fot�n electromagn�tico y los tres bosones vectoriales intermedios que llevan el mensaje de la fuerza d�bil; y finalmente, el bos�n de Higgs que puebla el vac�o y que nos permite renormalizar las teor�as de campo de norma. Con un poco de cinismo, bien podr�a pensarse que el avance sobre la imagen griega de la materia, con sus cuatro elementos —tierra, aire, agua y fuego—, ha sido magro en verdad. Aunque lo �ltimo es evidentemente falso, no dejamos de sentir un gusanillo por saber m�s, por llevar la unificaci�n de nuestros conceptos un paso m�s all�. Esto es precisamente lo que han hecho los f�sicos en los �ltimos a�os.

�Cu�les preguntas quedar�an sin respuesta satisfactoria si nos content�ramos con la teor�a electrod�bil y la cromodin�mica cu�ntica? Meditando un instante, podemos formular una media docena de cuestiones: �En qu� forma est�n emparentados los cuarks y los leptones? �De qu� manera podemos predecir sus masas? �Podr�a ser que las intensidades de las fuerzas d�bil, electromagn�tica y fuerte, se igualaran cuando la energ�a de los procesos fuera muy grande? �Existe, en realidad, el bos�n de Higgs, y cu�l ser�a su masa? �C�mo tomar en cuenta a la gravedad en todo lo anterior? �Podemos explicarnos que en la vecindad de nuestro mundo haya preponderantemente materia, a pesar de que nada rompa la simetr�a de �sta con la antimateria?

Las respuestas a algunas de estas preguntas podr�an, tal vez, esbozarse hoy con lo que llamamos la gran unificaci�n. En tal teor�a se busca englobar dentro del mismo marco te�rico a las interacciones fuertes y d�biles con las electromagn�ticas. Hasta el momento, la gravitaci�n no ha podido unificarse con las otras tres fuerzas. El sue�o de Einstein no se ha convertido a�n en realidad.

Varios hechos inducen a pensar en una gran teor�a unificada. Tenemos, por un lado, las semejanzas entre cuarks y leptones. Ambos tipos de part�culas aparentan ser elementales; ambas son fermiones y tienen un esp�n igual a /2. Aunque el cuark tiene carga de color y los leptones no, las dos familias est�n cargadas el�ctricamente y resienten la interacci�n d�bil. Adem�s, la carga el�ctrica de los cuarks est� relacionada con la del electr�n de una manera relativamente simple y, en todo caso, muy espec�fica.

Por su parte, las tres interacciones presentan ciertas caracter�sticas que sugieren una posible unificaci�n. Ya dijimos que las tres fuerzas pueden describirse por un campo de norma, con sus apantallamientos y camuflajes. La carga el�ctrica crece a distancias menores, es decir, a mayores energ�as; en contraposici�n, la carga de color se debilita al analizar procesos de m�s alta energ�a. Podr�a ser, �por qu� no?, que a energ�as alt�simas, todas las interacciones tuvieran la misma intensidad.

Si recordamos la historia de las diversas teor�as de campos de norma, nos damos cuenta de su �ntima conexi�n con las simetr�as din�micas de la naturaleza, y de ah� con la rama de las matem�ticas conocida como teor�a de grupos. Para unificar las tres fuerzas, necesitar�amos construir un campo de norma basado en una simetr�a local mayor, que incluya tanto la de la teor�a electrod�bil como la de la cromodin�mica cu�ntica. Esto se ha hecho con grupos como el SU(5), el grupo de transformaciones unitarias en 5 dimensiones, aunque existen muchas otras estructuras matem�ticas posibles. En todos los casos, surgen bosones intermedios que llevar�an la interacci�n de unas part�culas a otras: los cuarks podr�an transformarse en otros cuarks, los leptones a su vez en otros leptones, pero tambi�n habr�a transformaciones de cuarks a leptones y viceversa. De aqu� obtenemos una conclusi�n valida en cualquier teor�a que unificara las tres fuerzas: el prot�n, por ejemplo, ser�a inestable y dar�a lugar a un antilept�n (como un positr�n) y a un mes�n (como el p⁺), entre otros modos de decaimiento.

Diversas teor�as unificadas predicen vidas medias distintas para el prot�n, aunque todas ellas son largu�simas, 10 ³¹ a�os o m�s. De hecho, sabemos que la velocidad de decaimiento no podr�a ser muy grande, pues entonces nuestro propio cuerpo se da�ar�a con la radiaci�n resultante. Para detectar una vida media tan larga como la del prot�n, es necesario contar con much�simos de ellos, 10 ³³ o m�s. Esto puede lograrse si analizamos con cuidado lo que ocurre en un tanque de agua suficientemente grande. Para evitar confusiones, es mejor ocultar el recipiente y aislarlo hasta donde sea posible de los rayos c�smicos. Por ello estas mediciones se realizan llenando grandes recipientes de agua y coloc�ndolos en minas profundas o en t�neles como el del Monte Blanco. Hasta la fecha, mediados de 1986, no se ha determinado la vida media del prot�n; s�lo ha podido establecerse que no ser�a menor que 10 ³² a�os, cifra que definitivamente no concuerda con teor�as unificadas como las que se basan en el grupo SU(5). En ellas no est� la soluci�n deseada, que deberemos buscar en modelos conceptualmente m�s amplios.