Esta era una buena noticia para los científicos que habían estado tratando de simplificar lo que se había llegado a conocer como un »zoo» de partículas. A principios de la década, dos físicos diferentes, George Zweig y Murray Gell-Man, especularon por primera vez que las partículas no eran elementales, sino que estaban formadas por diferentes partículas que llevaban un tercio o dos tercios de la carga de cualquiera de ellas. Ambos propusieron la idea de tres partículas elementales muy básicas que constituirían muchas de las partículas que tanto proliferaron en la física. Zweig llamó a las partículas »ases». Gell-Man las llamó »quarks», después de leer Finnegans Wake de James Joyce y el poema sin sentido, »Three quarks for Muster Mark»

Esta nueva teoría funcionó muy bien para explicar la carga, el espín y la masa. Ayudó a contextualizar las diferentes partículas subatómicas. En lugar de un número desconcertante de partículas elementales con diferentes propiedades, sólo había tres, cuya combinación constituía la variedad de partículas que los científicos habían estado descubriendo. Fue un poco como darse cuenta de que las numerosas sustancias del mundo podían entenderse como combinaciones de un número relativamente reducido de átomos. Dos combinaciones diferentes de quarks podían formar un protón o un neutrón, del mismo modo que dos combinaciones diferentes de átomos de hidrógeno y oxígeno podían formar un agua o un ácido. El único problema era que nadie tenía pruebas de que los quarks existieran, hasta que algo dentro de los protones empezó a hacer que los electrones se dispersaran en direcciones aleatorias. Cuando los electrones se dispersaron, se confirmó la teoría aparentemente superflua.

Durante las siguientes décadas, se añadieron más quarks al sistema simplificado, elevando el número de quarks a seis. La gente descubrió por qué no habíamos encontrado ningún quark por sí mismo. La fuerza que los une de dos en dos o de tres en tres se hace más fuerte a medida que se alejan unos de otros, como una banda elástica. Sólo los eventos de energía increíblemente alta pueden separarlos incluso durante un corto periodo de tiempo. Los quarks también pueden cambiar de «sabor». Aunque a día de hoy nadie ha «visto» un quark por sí mismo, los resultados experimentales y las propiedades observadas de las partículas coinciden tan perfectamente con la teoría de su existencia, y no coinciden tan bien con ninguna otra teoría, que los científicos están satisfechos de que existan. Explican demasiadas cosas demasiado bien como para no estar ahí en alguna parte.

Los colores y los sabores

El nombre «quark» proviene de un poema sin sentido, lo cual es bastante justo – pero un rápido vistazo a un resumen de sus propiedades hace ver que el sinsentido no termina en el nombre. Vienen en «sabores», lo que no significa nada, ya que no se pueden probar. Tienen colores, y su estudio se llama cromodinámica cuántica, pero está claro que no tienen ningún color que podamos ver. ¿Qué son esas extrañas propiedades y por qué hay que nombrarlas en propiedades que no tienen?

Como se ha dicho antes, los quarks no se encuentran solos. Andan en parejas, y ciertos pares siempre se asocian. Los pares son los siguientes, arriba y abajo, encanto y extraño, arriba y abajo. El primer quark mencionado en cada uno de estos pares tiene una carga de dos tercios de una unidad de carga de protón. El segundo quark de cada par tiene una carga de un tercio negativo. En la teoría original, dos quarks up y un quark down se suman para formar una carga de uno positivo, es decir, un protón. Dos downs y un up tienen cargas que suman cero, y forman neutrones. Pero si tres quarks tienen cargas positivas de dos tercios y tres quarks tienen cargas negativas de un tercio, ¿por qué no hay sólo dos quarks en total? ¿Cuál es la diferencia? Cada uno de los quarks tiene una masa ligeramente diferente. Por eso, cuando se estudiaron los protones y los neutrones, se descubrió que tenían masas ligeramente diferentes. La diferente combinación de quarks les dio una masa diferente. Esta combinación de carga y masa, así como algunas cualidades más esotéricas, conforman el »sabor» de cada quark. En cuanto a por qué no pueden llamarse simplemente »tipos» – quizás deberíamos preguntarle a James Joyce.

Los colores son otra vuelta de tuerca a los quarks. Son una combinación de necesidad teórica y evidencia experimental. Los quarks están apretados en un espacio muy pequeño, y el Principio de Exclusión de Pauli establece que no pueden existir dos partículas en el mismo estado al mismo tiempo. Dos quarks up no deberían poder estar en el mismo protón. Algo tenía que ser diferente. Aparecen los «colores» de los quarks. Los quarks azul, rojo y verde existen en cada sabor. Se juntan para formar partículas incoloras, de forma análoga a la manera en que muchas luces de diferentes colores se mezclan para formar una luz blanca incolora. Esto podría haber sido considerado como un factor de manipulación para la física, pero las colisiones experimentales de electrones y antiprotones han indicado que hay tres veces más tipos de quarks de los que habría basándose únicamente en los «sabores».

Al final, los quarks son tan misteriosos porque sus propiedades no se parecen en nada a lo que experimentamos en el macromundo, y sin embargo, reciben el nombre de propiedades con las que estamos perfectamente familiarizados. Traducir entre un color como lo vemos y un color, como en un modo de ser dictado por los resultados matemáticos y experimentales, es desorientador. La mejor manera de entender los quarks es comprender que, más que ser exóticos, sirven para organizar y simplificar el extenso mundo subatómico. Son una especie de tabla periódica de los elementos, para los elementos. ¿Encontrarán los científicos algo más pequeño? Quién sabe, pero si lo hacen, esperemos que le pongan el nombre de algo de Jabberwocky. Me gustaría ver una conferencia de física sobre «mome ratos».»

Imagen superior: Yarnalgo
Imagen de la partícula: Io9
Tabla de Quarks: MissMJ

Vía NASA dos veces, Hiperfísica tres veces, Aventura de partículas y Duke.