Acabamos de resolver uno de los grandes trabalenguas de la física moderna: científicos han extraído la fuerza de la fuerza fuerte

Acabamos de resolver uno de los grandes trabalenguas de la física moderna: científicos han extraído la fuerza de la fuerza fuerte
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Un equipo estadounidense de físicos ha anunciado haber extraído la fuerza de la fuerza fuerte. Lo que parece un extraño trabalenguas es un avance importante a la hora de comprender unas de las leyes fundamentales que atañen a la física de partículas, la fuerza que mantiene unida buena parte del tejido de la materia en todo el Universo.

La fuerza fuerte. La fuerza nuclear fuerte, o interacción nuclear fuerte, (la terminología puede variar puesto que se trata de una fuerza con dos componentes) es una de las cuatro interacciones fundamentales (además de la fuerza nuclear débil, la electromagnética, y la interacción gravitatoria) que existen en el llamado “modelo estándar” la teoría más general con la que contamos en el campo de la física de partículas.

La fuerza fuerte es la responsable no solo de que los núcleos atómicos se mantengan unidos (una tarea nada fácil si tenemos en cuenta que las partículas de carga positiva, los protones, tienden a repelerse entre sí).

También es la responsable de que los quarks que conforman protones y neutrones se mantengan unido formando estas partículas (conjuntamente conocidas como hadrones), pero esta interacción “residual” que ocurre dentro de los núcleos atómicos es ligeramente diferente de la que sucede dentro de los hadrones.

Un muelle que se estira. Esta fuerza se transmite gracias a unas partículas fundamentales, los gluones. Tan importantes son para mantener pegado el tejido de la materia que su nombre deriva de la palabra inglesa para pegamento. A diferencia de la gravedad, que se hace más débil con la distancia, la fuerza nuclear fuerte es más semejante a un muelle estirado: cuanto más se alejen las partículas mayor será su intensidad o acoplamiento.

Aquí es donde se presentaba la duda, y es que resulta relativamente sencillo calcular este acoplamiento a distancias cortas, pero cuando la distancia crece y con ella la fuerza, el cálculo es imposible de resolver de la misma manera. Hasta ahora distintos modelos empleados para estimar el acoplamiento a distancias largas (aunque seguimos hablando de pequeñísimas fracciones de un milímetro) implicaban distintas previsiones.

Algunos modelos predicen que la fuerza siempre se hace cada vez más intensa con la distancia, mientras que otros estiman que llegado un punto esta comienza a decrecer. Un tercer grupo, intermedio, teorizaba que, llegado a un punto la fuerza se estabiliza, ni crece ni decrece.

Ni para ti ni para mí. "Esto es tanto una maldición como una bendición", explicaba Alexandre Deur, investigador del Jefferson Lab, centro de investigación donde han logrado dar una respuesta empírica a este problema. Y esta respuesta que obtuvieron los investigadores correspondía a la vía media: la fuerza parece estabilizarse tras sobrepasar cierto umbral.

Mínima potencia. Estamos acostumbrados a que la enorme potencia de colisionadores como el LHC del CERN sea la que destaque en los titulares. Pero en este caso no ayudaba. De hecho, el acelerador de partículas que se utilizó para realizar este experimento no es el que hoy en día puede encontrarse en el laboratorio Jefferson, sino una versión antigua de este con la mitad de potencia, 6 GeV. La menor energía permite acceder a escalas de tiempo más largas y con ello podían distancias más largas entre partículas.

La cooperación es clave, y laboratorios con aceleradores más potentes como el propio LHC o el Acelerador SLAC por ejemplo, han sido claves en determinar esta fuerza fuerte en las escala espacio-temporal corta.

De lo empírico a lo teórico. Todavía estamos lejos de una teoría del todo que unifique lo que sabemos hasta ahora de las cuatro fuerzas que rigen las interacciones entre las partículas subatómicas, pero este puede ser un nuevo paso en esa dirección. No en vano la fuerza fuerte es responsable del 99% de las interacciones de la masa ordinaria.

Esta observación experimental permitirá a los físicos descartar algunos de los modelos en liza que trataban de dar una respuesta a la pregunta desde la teoría. De esta manera debería ser posible avanzar en nuestro conocimiento no solo de lo que nos rodea, sino de los ladrillos mismos de los que estamos construidos.

Para que nos hagamos una idea de la importancia de esta fuerza, basta con tener en cuenta que su forma residual, no la que mantiene los quarks unidos unos a otros sino a protones y neutrones unidos entre sí en el núcleo atómico es la responsable de la energía nuclear, tanto en las centrales eléctricas como en las bombas atómicas.

Imagen | Acelerador de partículas del GSI (Helmholtz Centre for Heavy Ion Research), Achim Weidner

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