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 interacción fuerte. Estos son, como en la teoría electrodébil de Weinberg y Salam, bosones vectoriales. Ya que ahora tratamos con una simetría local más compleja, los portadores de la fuerza son más complicados: se requieren ocho partículas sin masa, los gluones (de la palabra inglesa glue, pegamento) para ligar a los cuarks entre sí. El cuark, al tener cargas de color, emite gluones, igual que un electrón emite fotones porque está cargado eléctricamente.

Ésta es la teoría del color para las interacciones fuertes y se le llama, por sus analogías con la electrodinámica cuántica, la cromodinámica cuántica; es una teoría 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 también están coloreados: cada uno de ellos lleva a cuestas un cierto color y otro anticolor dado. Puesto que hay tres colores y tres anticolores, podría pensarse que deberían 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 ahí que sean sólo 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 eléctrico, las cargas de color también se apantallan por la polarización del vacío: se crean pares q - virtuales y cualquier cuark que se añadiere al vacío los podría atraer o repeler. Pero, además, el cuark emite y reabsorbe gluones con carga de color. Ello implica que la carga de color del cuark se desparrame a su alrededor, sirviéndole así de camuflaje. El resultado neto, que puede calcularse si se usa la cromodinámica cuántica, es el siguiente: a distancias cortas, menores que en fermi, la interacción fuerte se debilita y los cuarks parecen ser libres; pero a distancias grandes, la fuerza crece y es difícil arrancar a los cuarks. Con ello la paradoja de los cuarks empieza a disolverse.

En resumen, la cromodinámica cuántica nos dice que los cuarks son asintóticamente libres, a distancias muy cortas, pero que están siempre confinados. Con ello nos explica aquellos experimentos según los cuales parecería que el protón estuviera formado por tres cuarks libres, al mismo tiempo que entendemos por qué nunca hemos podido ver un cuark libre.

Para intuir mejor este resultado de la cromodinámica cuántica, teoría en que se unen las ideas del color a las de los campos de norma y los conceptos cuánticos con los relativistas, es útil recordar lo que ya sabemos de la primera y de la segunda espectroscopías. Para arrancar un electrón de un átomo, es necesario darle una energía que es cercana a las decenas de electrón-voltios. Por su parte, el amarre de un protón en el núcleo se rompe si a éste le impartimos una energía equivalente a unos cuantos millones de eV. En ambos casos, la energía necesaria para liberar los constituyentes del sistema es mucho menor que la energía en reposo —es decir, la masa— de la partícula que ha de arrancarse. Así, la masa del electrón es del orden de medio millón de eV, y la de un nucleón es un poco mayor que 900 MeV, ambas muchísimo más grandes que las energías de amarre correspondientes. En contraste, en la tercera espectroscopía, la de los cuarks, se requiere dar a éstos para arrancarlos una energía de al menos 10 GeV, que basta para engendrar un par cuark-anticuark. El cuark que se aleja del protón y que está a punto de ser libre, se encuentra con este par q - virtual y se une al anticuark para formar un mesón; el nuevo cuark, por su parte, ocupa el lugar del viejo y reconstituye el nucleón original que buscábamos destrozar. En vez de generar un cuark aislado, lo único que hemos logrado es formar un mesón sin color.

De lo anterior podríamos pensar que nuestras ideas sobre la interacción hadrónica son ya firmes. Los hadrones, incoloros, sienten los vestigios de la verdadera interacción fuerte, aquella producida por las cargas de color que tienen los cuarks. Lo que se llamó, allá por los treintas, la fuerza nuclear, y que es la que liga a los protones y neutrones para formar núcleos, es semejante a la fuerza que une a dos moléculas, que son conjuntos de átomos. Estos últimos actúan uno sobre el otro por medio de la fuerza electromagnética que liga los electrones al núcleo, y cuando una molécula se halla frente a otra sólo resta un pálido recuerdo de esta fuerza. De manera semejante, un protón y un neutrón serían moléculas de cuarks ligados por la interacción fuerte: la fuerza nuclear entre protones y neutrones es el recuerdo de la fuerza de color que los cuarks se ejercen.

Con la teoría electrodébil y la cromodinámica cuántica, ambas teorías del campo de norma, hemos avanzado enormemente en nuestra comprensión del mundo de las partículas elementales. Contamos ya con un marco conceptual unificado de las fuerzas electromagnéticas y de las interacciones débiles, así como con una teoría de las fuerzas nucleares. Sospechamos que los leptones y los cuarks son realmente elementales y podrían, por lo tanto, ser esos átomos que el hombre ha buscado desde la Antigüedad. ¿Qué más nos queda por hacer?