XI. LOS CUARKS: GELL-MANN Y ZWEIG
DEL gran volumen de datos acumulados hacia principios de la d�cada
de 1960, comenzaron a hacerse evidentes ciertas regularidades interesantes.
Como se ha visto, las part�culas pod�an ser clasificadas, seg�n si eran o no
sensibles a la fuerza nuclear fuerte, en hadrones y leptones. Los hadrones m�s
ligeros son cientos de veces m�s pesados que el electr�n, lo que podr�a indicar
alguna relaci�n entre su masa y la magnitud de la fuerza que los gobierna. Adem�s,
los hadrones aparecen en grupos. Por ejemplo, el neutr�n y el prot�n, desde
el punto de vista de sus n�meros cu�nticos, son id�nticos excepto por su carga
el�ctrica y la ligera diferencia de sus masas. Esto fue tomado como indicaci�n
de que podr�a tratarse de dos aspectos de una misma part�cula: el nucle�n.
A partir de entonces siguieron apareciendo familias de part�culas de este tipo,
denominadas multipletes de carga, como los piones (3), las �
= (3) y las X (2). Otro hallazgo
notable fue el descubrimiento de todo un espectro de estados excitados
para varios de los hadrones. �Podr�a existir una subestructura?
Ya en 1949 Fermi y su alumno chino Chen Ning Yang, el mismo que predijo la violaci�n de la paridad para los procesos d�biles, hab�an sugerido la posibilidad de que los mesones no fueran elementales sino que estuvieran compuestos de pares nucle�n-antinucle�n. El descubrimiento de las part�culas extra�as motiv� luego al japon�s Shoichi Sakata a extender estas ideas con la inclusi�n de la L como constituyente fundamental de los mesones. Se trataba entonces de encontrar una manera de asociar un par espec�fico de estos bariones a cada mes�n. Debido a las diferentes maneras de acoplar los n�meros cu�nticos, cada par bari�n-antibari�n pod�a, seg�n ellos, generar una variedad de mesones distintos. En 1959 los alumnos de Sakata, M. Ikeda, Y. Ohnuki y S. Ogawa, estudiaron este problema, encontrando que los tres hadrones, el triplete (n, p, L ), pod�an ser asociados a una configuraci�n tridimensional de un grupo de transformaciones matem�ticas denominado SU (3), y las respectivas antipart�culas a otra configuraci�n del mismo tipo.
Los fundamentos matem�ticos de la teor�a de grupos utilizada entonces fueron
desarrollados en el siglo XIX por el noruego Sophus Lie. Las siglas
SU (3) significan (grupo) unitario especial de matrices de 3 X 3 dimensiones.
En el caso de mesones de esp�n cero, el acoplamiento bari�n-antibari�n estudiado
por los alumnos de Sakata permite nueve alternativas, ocho de las cuales forman
una familia u octete. Sakata y sus alumnos relacionaron a este octete
con el conjunto de los siete mesones entonces conocidos: los tres piones, los
cuatro mesones K , m�s una octava
part�cula a�n desconocida. Esta �ltima, el mes�n -h ,
fue descubierta dos a�os despu�s.
El prop�sito de agrupar hadrones en multipletes era encontrar una simetr�a
mayor que permitiera descubrir relaciones m�s estrechas entre estas part�culas.
Por ejemplo, la similitud entre la masa del prot�n y del neutr�n puso de manifiesto
la idea de isosp�n. Este n�mero cu�ntico distingue entre los dos estados
de carga del nucle�n (prot�n o neutr�n). Si la masa de p y n fuera
id�ntica la simetr�a ser�a exacta; sin embargo, las fuerzas electromagn�tica
y d�bil alteran (o rompen) esta simetr�a separando las masas de los nucleones.
La separaci�n, en este caso, es peque�a porque la fuerza responsable de la ruptura
es tambi�n peque�a comparada con la fuerza fuerte. Este mismo argumento permite
entender la ligera desviaci�n entre las masas de los piones y tambi�n entre
los mesones K . La mayor separaci�n
entre las masas de los piones y los mesones K
. se pens�, podr�a deberse al rompimiento de una simetr�a mayor asociada
a diferentes componentes de la fuerza nuclear fuerte.
A pesar de que la propuesta del triplete (n, p, L )
como componente fundamental pronto encontr� objeciones serias, el juego de
las simetr�as hab�a empezado y varios investigadores comenzaron a tratar
de encontrar relaciones entre grupos de part�culas. En 1961 el f�sico estadunidense
Murray Gell-Maun, el israel� Yuval Ne'eman, y otros, observaron que era posible
agrupar a los nucleones, las L las �
= y las X en otro octete (v�ase
figura 10). Uno de los �xitos de este m�todo fue la predicci�n de una relaci�n
entre las masas promedio de los miembros del octete de bariones: la masa del
nucle�n m�s la masa de la X debe ser igual
a la mitad de la suma de la masa de la L m�s
un tercio de la masa de la � . Esta igualdad
se cumple con una precisi�n menjor al 1 %, lo que es de notarse si se toma en
cuenta que las relaciones de simetr�a eran casi una adivinanza, dada la gran
separaci�n entre masas. Todo esto apoyar�a, entonces, la idea de una ruptura
de la simetr�a mayor. Pronto se encontr� que las resonancias de los bariones
tambi�n se agrupan en octetes. Si los bariones fueran part�culas independientes
entre s�, cualquier similitud ser�a fortuita. Por lo tanto, las regularidades
observadas indicaban alguna relaci�n �ntima entre ellas.
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Figura 10. M�ltiples hadr�nicos. Sakata, Gell-Mann y Ne'eman encontraron
que al considerar la extra�eza y la carga el�ctrica de los hadrones, �stos pueden
se agrupados seg�n su masa en supermultipletes. Los bariones m�s ligeros
(arriba izquierda) y los mesones (arriba derecha) en octetes y los bariones
m�s pesados en un decuplete. Originalmente, dos huecos en estos diagramas (el
mes�n h y la omega W-)
quedaron como predicciones cuya confirmaci�n dio gran fuerza al modelo de los
cuarks.
Hacia fines de 1963, el juego de las simetr�as no era la �nica l�nea de investigaci�n para encontrar relaciones entre part�culas elementales. Otras opciones inclu�an buscar correlaciones entre la masa de las part�culas y su momento angular, en las llamadas trayectorias de Regge, en honor al f�sico italiano Tullio Regge, quien las introdujo por primera vez en 1959. Otros grupos buscaban explicar un modelo democr�tico, en el que, sin considerar a ninguna part�cula como elemental, se postulara que estaban compuestas por diversas combinaciones de ellas mismas. Sin embargo, estas y otras ideas parecidas fueron cediendo terreno al modelo de simetr�as en la medida en que �ste fue teniendo mayor �xito.
En 1962, luego del descubrimiento de la primer resonancia X , Gell-Mann sugiri� que esta part�cula pod�a formar un decuplete, tambi�n predicho por SU (3), con los multipletes D y �. De ser as�, deber�a existir un nuevo bari�n: la omega- W-. A principios de 1964, V. E. Barnes y su grupo observaron una part�cula con las propiedades predichas por Gell-Mann. Quedaban, sin embargo, dos problemas evidentes: el SU (3) predice muchos m�s supermultipletes que los que observamos y, m�s importante a�n, no exist�a una interpretaci�n f�sica que respaldase al modelo.
A principios de 1964, Gell-Mann y George Zweig, independientemente, hicieron notar que las simetr�as observadas hasta entonces pod�an ser explicadas si se supon�a la existencia de subpart�culas, que Gell-Mann llam� cuarks, de las que estar�an constituidos todos los hadrones. El modelo postula tres tipos (sabores) de cuarks: u, d y s (del ingl�s up, down y strange), que se agrupar�an por temas para formar bariones y por pares cuark-anticuark para formar mesones. Con estas reglas, se puede demostrar que s�lo hay nueve combinaciones posibles cuark-anticuark para generar mesones y que �stas se agrupan en un octete m�s un singlete. En el caso de los bariones, hay 27 combinaciones de tres cuarks que se separan en un singlete, dos octetes y un decuplete. Estos supermultipletes coincid�an exactamente con las familias observadas de hadrones.
El modelo de Gell-Mann y Zweig, sin embargo, mostraba un inconveniente: los cuarks deber�an tener por carga el�ctrica una fracci�n (1/3 para u y s, y 2/3 para d) de la carga del electr�n. Part�culas con esa propiedad deber�an ser f�ciles de identificar y, sin embargo, jam�s se hab�an observado. �Se tratar�a, tan s�lo, de una regla nemot�cnica para reproducir lo observado, o habr�a una explicaci�n f�sica que respaldase tal modelo? Los experimentos para buscar cuarks proliferaron. Hasta la fecha, sin embargo, no existe evidencia convincente de su existencia como entes aislados. Quedaban, adem�s, muchas preguntas pendientes; por ejemplo, era necesario explicar qu� une a los cuarks, qu� fuerzas son responsables de la estabilidad de los hadrones, qu� previene que los cuarks se unan en grupos de cuatro o m�s, por qu� los n�cleos no colapsan en una sopa de cuarks.
Otra objeci�n que surgi� de inmediato se relaciona con la estad�stica de los cuarks. Estas part�culas deben tener esp�n semientero, es decir, son fermiones. Como tales, debido al principio de exclusi�n de Pauli, un bari�n no deber�a contener dos cuarks con los mismos n�meros cu�nticos. Sin embargo, en las reglas del modelo original de Gell-Mann para construir bariones, era necesario introducir dos, y hasta tres cuarks id�nticos.
El mismo a�o en que apareci� el modelo de los cuarks, Oscar Wallace Greenberg propuso que los cuarks no obedecen ni la estad�stica de Fermi, ni la de Bose, sino una paraestad�stica en que se permit�a a tres cuarks id�nticos ocupar un mismo estado. Una alternativa, aparentemente independiente, fue publicada por Moo-Young Han y Yoichiro Nambu en 1965. �sta consist�a en asociar a los cuarks una cualidad extra, parecida a la carga el�ctrica, s�lo que en tres variedades, que posteriormente se denomin� color.
Seg�n el modelo de Han y Nambu, existen tres colores, por ejemplo: rojo, amarillo y azul. Los cuarks est�n dotados de color (color positivo) y los anticuarks de anticolor (color negativo). La suma de un color con su anticolor, as� como la suma de los tres colores, da como resultado part�culas incoloras (color cero). Color y anticolor, as� como colores distintos, se atraen. Colores o anticolores iguales se repelen. El resultado: los cuarks tienden a agruparse, ya sea por pares cuark-anticuark de un mismo color, formando mesones incoloros, ya sea por ternas de cuarks de diferentes colores, formando bariones incoloros. En resumen, el color de los hadrones es siempre cero. En 1966 Greenberg demostr� que el modelo del color era equivalente a su modelo de la paraestad�stica, raz�n por la cual algunos autores atribuyen a Greenberg la introducci�n del color en la teor�a de los cuarks.
El modelo del color resuelve elegantemente el problema de la estad�stica, ya que ninguno de los cuarks que forman un bari�n son id�nticos, pues poseen distinto color. Los colores introducidos al formalismo de los grupos agregan una nueva representaci�n de SU(3). La fuerza entre los cuarks es transmitida por los gluones (del ingl�s glue, pegamento). Los gluones intercambian el color de los cuarks. Con tres colores y tres anticolores se pueden lograr nueve combinaciones; sin embargo, una de ellas recibe contribuciones iguales de rojo combinado con antirrojo, azul con antiazul y amarillo con antiamarillo, lo que da por resultado una mezcla incolora. Las ocho combinaciones restantes generan el octete de gluones de color.
La introducci�n del color tiene como consecuencia multiplicar el n�mero de cuarks por tres. Sin embargo, la condici�n de que los hadrones sean incoloros evita que aumente el n�mero de hadrones predichos, pues todas las combinaciones de cuarks que contienen color diferente de cero se eliminan. Si bien la inclusi�n del color daba una salida al problema de la estad�stica, restaba elegancia al modelo original que parec�a explicar el origen de m�s de ochenta hadrones conocidos entonces con base en s�lo tres cuarks. Otra complicaci�n era justificar las reglas de interacci�n entre los cuarks de colores, y dar una formulaci�n para el campo glu�nico.
El modelo de los cuarks sigui� siendo visto con escepticismo hasta que en 1968 aparecieron las primeras evidencias experimentales directas sobre la existencia de una estructura interna para el prot�n. Siguiendo un criterio parecido al que us� Rutherford sesenta a�os antes para estudiar la distribuci�n de carga en el �tomo, un grupo de cient�ficos norteamericanos guiados por Henry W. Kendall y Wolfgang K. H. Panofsky realizaron una serie de experimentos para determinar la distribuci�n de carga dentro del prot�n. El experimento consisti� en bombardear protones con electrones de muy alta energ�a.
El modelo de los cuarks s�lo suger�a la existencia de tres part�culas dentro del nucle�n. Se ignoraba c�mo estaban ordenados dentro y la forma de la fuerza que los un�a, si bien �sta deber�a ser lo suficientemente grande como para que jam�s se hubiera visto un cuark libre. Con estas bases, se desarroll� una teor�a de la dispersi�n de leptones por un conjunto de part�culas altamente correlacionadas. Sin embargo, los resultados experimentales no concordaban con las predicciones. Poco tiempo despu�s, el controvertido pero genial f�sico estadounidense Richard Phillips Feynman propuso un modelo alternativo.
Seg�n Feynman, el lept�n incidente ve al prot�n como una bolsa llena de part�culas sin estructura, que �l denomin� partones, y que, con excepci�n de las paredes de la bolsa, se mueven libremente dentro del nucle�n. Las predicciones del modelo de Feynman reproduc�an algunos aspectos importantes de los datos, pero quedaba por especificar qu� eran los partones.
Los resultados anteriores despertaron gran inter�s entre las comunidades te�ricas y experimentales. Pronto el grupo Kendall-Panofsky y otros en Europa utilizaron haces de muones y de neutrinos para estudiar el fen�meno. Como resultado se lleg� a la conclusi�n de que los centros dispersores dentro del prot�n eran consistentes con part�culas de esp�n 1/2 y carga el�ctrica fraccionaria.
�Qu� eran los partones? La suposici�n de que se tratara simplemente de cuarks no ajustaba los datos experimentales. Se intent� agregar un mar de pares cuark-anticuark generado por el campo de atracci�n fuerte, con resultados igualmente negativos. S�lo al suponer la presencia de part�culas neutras se logr� ajustar los datos. Los gluones, como los fotones, son part�culas neutras, sin masa y con esp�n 1, por lo que fue l�gico suponer que eran �stas las part�culas postuladas por el c�lculo. Sin embargo hab�a necesidad de una evidencia independiente sobre la existencia de color en los cuarks.
En ausencia de cuarks libres, la idea de color s�lo pod�a comprobarse indirectamente comparando predicciones de modelos con y sin color. Un experimento de este tipo fue realizado en 1970 por un grupo del laboratorio de Frascati, cerca de Roma. Las colisiones entre electrones y positrones de gran velocidad disipan energ�a produciendo pares part�cula-antipart�cula (leptones y/o hadrones). La producci�n relativa entre pares de hadrones y, digamos, pares de muones depende de un coeficiente llamado R. A energ�as suficientemente altas, R. es simplemente la suma de los cuadrados de las cargas de todos los cuarks y todos los leptones. Suponiendo que s�lo hay dos leptones cargados, el electr�n y el muon, el valor medido de R. puede utilizarse para deducir el n�mero de cuarks que existen. Por ejemplo, si s�lo hay tres cuarks, R. deber�a valer 2/3, mientras que si hay nueve cuarks el resultado deber�a ser 2. El experimento de Frascati, medido a 1.5 GeV (1 GeV = 1 000 MeV), encontr� que el par�metro R. era de 2.5, hecho que apoyaba fuertemente la teor�a del color.
La confirmaci�n de la existencia de cuarks de colores abr�a el camino para un enorme esfuerzo te�rico por entender la din�mica caprichosa de estos objetos. Los cuarks, contra lo que se pensaba, parecen moverse libremente dentro de los hadrones, y sin embargo, no escapan. La soluci�n a esta paradoja requiri� una formulaci�n cu�ntica de la teor�a del campo glu�nico: la cromodin�mica cu�ntica (CC). Esta teor�a es equivalente a la electrodin�mica cu�ntica (EC), la cual explica el campo fot�nico. En el caso de la EC, como se ha visto, la magnitud del campo electromagn�tico disminuye con el cuadrado de la distancia entre las cargas el�ctricas. Esta ley presenta un problema serio cuando se trata de una part�cula como el electr�n que, supuestamente, carece de dimensiones. Si el electr�n no tiene un radio finito, por ser puntual, el campo el�ctrico que genera tiende a ser infinito en la medida en que nos acercamos a �l.
El problema de los infinitos en EC, que caus� ciertos dolores de cabeza al propio Dirac mientras desarrollaba la primera versi�n de esa teor�a, fue resuelto por un m�todo conocido como renormalizaci�n. Este consiste en suponer que, si bien el electr�n no tiene dimensiones, la energ�a del campo se materializa produciendo un mar de pares (part�cula-antipart�cula) virtuales. La generaci�n de estos pares es virtual en el sentido de que, al crearse, violan temporalmente el principio de conservaci�n de la energ�a, solapadas por otro principio, el de la incertidumbre de Heisenberg, lo que garantiza que no pueden ser observadas directamente. Sin embargo, estas part�culas se encargan de apantallar la carga el�ctrica infinita que tendr�a un electr�n desnudo (sin su mar de pares virtuales), disminuyendo el campo el�ctrico que �sta genera. El n�mero de pares aumenta con la distancia, y se reduce en la misma proporci�n el campo el�ctrico, lo que da por resultado un campo equivalente al de una carga finita.
En el caso de la CC, los cuarks desnudos tambi�n est�n rodeados por un mar de pares cuark-anticuark virtuales que apantallan la carga de color. Sin embargo, a diferencia del caso de la EC, en la que los emisores del campo son neutros, en CC los gluones poseen una carga de color neta, diferente de cero. Esto tiene como consecuencia que, al aumentar el n�mero de gluones con la distancia, la carga de color aumenta en la misma proporci�n. Es decir, la fuerza entre cuarks no disminuye con la distancia sino que aumenta. Esto, denominado confinamiento, evita que los cuarks escapen de los hadrones que los contienen.
El efecto neto es equivalente a imaginar que los hadrones est�n compuestos por conjuntos de cuarks ligados por resortes. Mientras se mantienen juntos, la fuerza de los resortes es d�bil y se comportan como libres. Si se agrega energ�a, de manera que los cuarks tiendan a alejarse, la fuerza de atracci�n entre ellos aumenta por la acci�n de los resortes. Un cuark puede alejarse de un hadr�n hasta el punto en que la energ�a de atracci�n del campo es equivalente a la masa de un par cuark-anticuark. Entonces, el resorte se rompe pero el cuark no queda libre, pues, por atracci�n de color, el anticuark reci�n creado se le une a trav�s de un nuevo resorte, mientras que el nuevo cuark toma el lugar del cuark que se separ�. En resumen, la predicci�n es que, tal como la evidencia experimental lo indica, los cuarks no pueden quedar aislados por mucho tiempo, y que al estar unidos en un hadr�n se comportan casi como si estuvieran libres. El confinamiento glu�nico da una explicaci�n a la bolsa del modelo de partones de Feynman.
Desde el punto de vista de las cuatro fuerzas fundamentales, gravitacional, electromagn�tica, fuerte y d�bil, la aparici�n de los cuarks no agreg� una m�s, sino que dio una explicaci�n m�s b�sica a la fuerza fuerte. En este sentido, la fuerza nuclear fuerte que sienten los nucleones en el n�cleo pas� a ser vista como una interacci�n efectiva externa, resultado de las interacciones entre cuarks. Esta situaci�n se asemeja a la fuerza entre mol�culas, denominada de Van der Waals, que es la expresi�n externa de la interacci�n electromagn�tica entre los electrones y el n�cleo at�mico.
Desde la postulaci�n del modelo de los cuarks, en 1964, los norteamericanos
James Daniel Bjorken y Sheldom Lee Glashow propusieron la existencia de un cuarto
sabor para los cuarks: el encanto14![[Nota 15]](../imgs/mcommnt.gif){kind=small}
Con miras a una posible teoría unificada de las partículas elementales
se buscaban simetrías entre leptones y cuarks. Como se ha dicho, hasta
entonces se habían descubierto cuatro leptones (el electrón, el
muon, y sus respectivos neutrinos) y sólo tres sabores de cuarks (u,
d y s) ¿Habría un cuarto sabor? La sistem�tica observada en la
interacci�n de part�culas, hacia 1967, tambi�n motiv� a John Iliopoulos, Luciano
Maiani y al propio Glashow a insistir en la existencia de un cuarto sabor. Sin
embargo, estos argumentos aislados no eran suficientes para tomar en serio tal
hip�tesis.
Desde 1970 las medidas del coeficiente R en la interacci�n entre leptones
fueron repetidas a energ�as cada vez mayores, a medida que los aceleradores
lo permit�an. Como se mencion�, el valor de R deber�a tender a una
constante, a altas energ�as. En 1973, sin embargo, las medidas a 2 GeV dieron
un valor de R = 4.7 y, posteriormente, una medida a 2.5 GeV mostr� un
valor de R = 6.0. De ser cierto, esto implicar�a que las conclusiones
sobre el color de los cuarks eran prematuras. Intrigado por este fen�meno, en
el laboratorio SLAC de Stanford, Burton Richter y su grupo iniciaron
un programa de medidas sistem�ticas de R, a intervalos de energ�as m�s
finos. En noviembre de 1974, descubrieron que el aumento en R se deb�a
a la presencia de una resonancia enorme y muy aguda localizada a 3.1 GeV, que
denominaron part�cula Y . La interpretaci�n
de este fen�meno requer�a, inequ�vocamente, la existencia del cuarto sabor.
Curiosamente, por la misma �poca, pero con una motivaci�n diferente, Samuel
Ting y un grupo del Instituto Tecnol�gico de Massachussetts (MIT)
que trabajaba en el laboratorio de Brookhaven buscaban un nuevo mes�n. Meses
antes que el grupo de SLAC, Ting hab�a encontrado la misma resonancia
pero, cauteloso, repet�a sus medidas para confirmar su hallazgo. Horas despu�s
de enterarse del descubrimiento de Richter, el propio Ting anunci� sus resultados
bautizando a su part�cula como J. Esta discrepancia en nomenclaturas
dio como resultado que, en la actualidad, a esa resonancia se le conozca como
J/Y . Diez d�as despu�s de este descubrimiento,
el grupo de SLAC encontr� una nueva resonancia a 3.7 GeV, llamada Y
'.
La aparici�n de un nuevo tipo de cuark, m�s pesado, implicaba un aumento en el n�mero de hadrones y resonancias hadr�nicas. Las J/Y y Y ' son resonancias de cuark-anticuark encantados. En la actualidad se conocen nueve resonancias de este tipo. En junio de 1976 el grupo dirigido por Gerson Goldhaber anunci� las primeras evidencias de bariones encantados neutros y, poco despu�s, los primeros bariones cargados de este tipo. La espectroscop�a de bariones encantados tambi�n se ajust� al postulado de un nuevo sabor. El encanto qued� establecido, aumentando as� el n�mero de cuarks a doce.
Como tantas otras veces, los cuatro leptones y los cuatro sabores de cuarks daban la impresi�n de haber llegado a una etapa de armon�a, que suger�a el fin del camino. Pero, como tambi�n es costumbre, este panorama habr�a de cambiar en pocos meses. Una vez resuelto el dilema de las resonancias encantadas, se pod�a extraer un valor estable para R. Con un nuevo cuark, cuya carga el�ctrica result� ser 2/3 de la del electr�n, el valor previsible de R deber�a ser 3.3; sin embargo, el valor observado era cercano a 5.
En agosto de 1975, un grupo del SLAC dirigido por Martin Lewis
Perl report� haber encontrado evidencias para la existencia de un nuevo lept�n,
al que nombraron t (por ser el tercero).
Un nuevo miembro de la familia de leptones era bastante inesperado; sin embargo,
llegaba justo a tiempo para explicar la mayor parte de la discrepancia en el
valor de R, ya que la t tiene,
como el electr�n y el muon, una carga el�ctrica unitaria. El nuevo lept�n es
casi cuatro mil veces m�s pesado que el electr�n, o sea, tiene veinte veces
la masa del muon. Pero... �y la simetr�a entre el n�mero de cuarks y el de leptones?
XI.11. LA "BELLEZA" Y LA "VERDAD"
Nuevamente, motivados por una posible simetr�a, Leon Max Lederman y su grupo
del Fermilab, cerca de Chicago, analizaron las predicciones para la masa
de un nuevo cuark. Llevando casi hasta el l�mite de capacidad a su acelerador,
en 1977 descubrieron una nueva resonancia que denominaron t.
Pocos meses despu�s, al mejorar su resoluci�n en energ�a, el mismo grupo descubri�
que se trataba de tres resonancias, y no s�lo de una. Eran los primeros miembros
del espectro de resonancias de mesones asociados a un nuevo sabor de cuarks:
la belleza15
fue descubierta y dada a conocer por primera vez en 1980 por D. Andrews y su
grupo de la Universidad de Cornell.
El descubrimiento del lept�n t sugiere
la existencia de un neutrino que lo acompa�e. En tal caso, la famosa simetr�a
lept�n-cuark implicar�a un sexto sabor para los cuarks: la verdad16
Sin embargo, en los diez a�os posteriores al descubrimiento de la
t y la belleza, no se han podido encontrar evidencias experimentales
ni del nuevo neutrino ni de la verdad. En el primer caso, se puede deber a un
problema de estad�stica, ya que la producci�n de leptones t
dista mucho de concretarse en un haz lo suficientemente intenso como para estudiar
sus interacciones. En cuanto a los cuarks con verdad, se estima que su masa
debe ser superior a los 23 GeV, pero nadie sabe qu� tanto. Por ello �ste es
actualmente uno de los temas favoritos en las solicitudes de apoyo econ�mico
para aumentar la energ�a de los aceleradores.
En lo descrito hasta ahora, el panorama de las part�culas que hoy consideramos como verdaderamente elementales comienza, nuevamente, a verse sobrepoblado. El men� actual contiene casi sesenta part�culas: cinco leptones, quince cuarks (cinco sabores de tres colores), ocho gluones, las antipart�culas de todos �stos y adem�s el fot�n. Todo ello sin considerar part�culas que a�n no hemos discutido como las transmisoras del campo d�bil y del campo gravitatorio, adem�s de la certeza sobre la existencia de, al menos, los sextos miembros de las familias de los cuarks y los leptones. �Estaremos en la v�spera de una nueva s�ntesis?
Los primeros intentos por descubrir una subestructura para los hadrones se dieron en la d�cada de 1950, a�os en los que se introdujeron las ideas matem�ticas de grupos de simetr�as (secci�n XI.2); luego de algunos fracasos, surgieron algunas regularidades que permitieron, incluso, predecir con �xito la existencia de nuevas part�culas (secci�n XI.3). Gell-Mann, especie de Mendeleev moderno, pronto se dio cuenta de que un modelo simple, con base en tres part�culas, los cuarks, explicaba gran parte de la fenomenolog�a observada (secci�n XI.4). Pronto surgen algunas inconsistencias que requieren agregar al modelo una nueva cualidad: el color (secci�n XI.5). El escepticismo de muchos por los cuarks de colores se redujo al aparecer evidencias experimentales de una subestructura para el prot�n (secci�n XI.6). Con esto, la f�sica te�rica tuvo que desarrollar el formalismo que permitiese c�lculos m�s cuantitativos: la cromodin�mica cu�ntica (secci�n XI.7). Los primeros resultados de este esfuerzo permitieron explicar algunas inc�gnitas, como el confinamiento de los cuarks (secci�n XI.8). La armon�a de esta teor�a con la fenomenolog�a de las interacciones d�biles sugiri� la existencia de un nuevo cuark: el encantado (secci�n XI.9). La aparici�n de nuevos leptones (secci�n XI.10) requiri� m�s a�adidos al modelo de los cuarks (secci�n XI. 11).
