Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Champagne francés por bosones

Se quejan los científicos frecuentemente de no contar con el necesario apoyo para sus investigaciones, pero muchos ciudadanos indican que no logran entender el lenguaje de los investigadores por lo que se hace difícil evaluar sus necesidades

Se quejan los científicos frecuentemente de no contar con el necesario apoyo para sus investigaciones, pero muchos ciudadanos indican que no logran entender el lenguaje de los investigadores por lo que se hace difícil evaluar sus necesidades. Quizá en búsqueda de esa mayor comprensión pública sea por lo que hace un mes, en la conferencia celebrada en Brighton por el Instituto de Física, el ministro inglés para la Ciencia, William Waldegrave, propuso un concurso destinado a comprobar si los científicos eran capaces de describir sencillamente en la cara de un folio lo qué es y significa un bosón, el bosón de Higg, para cuyo estudio y descubrimiento posible se pretenden hacer cuantiosas inversiones en el campo de los grandes aceleradores de partículas. El premio, de concederse, consistirá en una botella de un excelente champagne francés.
 
Aunque así lo parezca no se trata de un tema baladí puesto que la caracterización del bosón de Higgs es necesaria para explicar adecuadamente los interesantísimos hallazgos conseguidos en los últimos años por la Física de altas energías o Física de partículas, cuyos laboratorios más prestigiosos son posiblemente los europeos del CERN, en las cercanías de Ginebra. El modelo actual sobre la materia es mucho más complejo que el clásico que todos estudiamos de los átomos constituidos por neutrones, protones y electrones. Hoy hemos de considerar como constituyentes fundamentales de la materia a dos grandes familias de partículas, los leptones y los quarqs. En cada una de esas familias se reconocen por ahora hasta 3 generaciones y en cada generación hay dos ramas de partículas que difieren entre sí por su carga eléctrica. Por ello, para comenzar nos encontramos con hasta 12 miembros o constituyentes familiares.
 
Como podemos observar en los cuadros ilustrativos que se acompañan, el electrón es un leptón ligero, de masa mínima, mientras que un protón sería la asociación de dos quarqs u y de un quarq d, con lo que su carga es +1 y su masa aproximada equivale a 1000 MeV (Megaelectrón-volts). En cuanto a los neutrones estarían compuestos de un quarq u y de dos quarqs d, con el resultado final de una carga 0 y una masa semejante a la del neutrón. Pueden darse un gran número de diferentes combinaciones, existiendo un amplio catálogo de partículas conocidas tales como los bariones y los mesones, pero usualmente las asociaciones son muy inestables, se desintegran rápidamente y al final se convierten en protones y neutrones. Lo que sí es importante tener en cuenta es la relación materia-antimateria, de modo que cada miembro de cada familia, es decir cada partícula, va acompañado de la existencia de su correspondiente antipartícula. Utilizando grandes energías, al igual que sucedía tras el Big-Bang, en los acelerado­ res de partículas se pueden crear parejas partícula-antipartícula que se aniquilan si chocan entre sí, liberando la misma energía que se necesitó para su formación.
 
Estamos describiendo relaciones entre partículas de materia y de carga, pero ¿qué podemos decir respecto a las fuerzas existentes en el Universo? Hay cierto consenso en admitir la existencia de cuatro tipos de fuerzas universales. En primer lugar, podemos citar la gravedad a la que están sometidas todas las partículas y cuerpos con masa. En segundo lugar, podemos considerar la fuerza electromagnética a la que están sometidas todas las partículas cargadas, concretamente todos los quarqs así como todos los leptones cargados. Este tipo de fuerza es la que liga los electrones al núcleo de los átomos. Existe otra fuerza, denominada débil, que también actúa sobre todas las partículas con masa, aceptándose que tanto la fuerza electromagnética como la débil son simples manifestaciones de baja energía de una única interacción electrodébil. Por último, hay que reseñar la llamada fuerza fuerte o fuerza de color, que para cada caso particular de una partícula se puede presentar en tres estados posibles denominados rojo, verde y azul.
 
Intelectualmente ha sido muy importante llegar a la conclusión de que todas las fuerzas del Universo deben propagarse o actuar también a través de partículas elementales específicas. La electromagnética mediante fotones, la débil mediante partículas como la W o lazo, cuya existencia experimental quedaron confirmada en el CERN en 1982 y 1983 respectivamente. En cuanto a la gravedad, el gravitón hasta la fecha, no ha podido ser caracterizado experimentalmente. Los físicos piensan que en el primer momento de la existencia del Universo todas las partículas y fuerzas poseían una unidad y una simplicidad que ahora se nos oculta o, lo que es igual, que todas las familias de partículas y de fuerzas que actúan entre ellas son facetas de una misma simetría. Por ello en estos aceleradores de partículas se intentan reproducir las condiciones iniciales del Universo, con lo que en cierto modo se une lo infinitamente grande con lo infinitamente pequeño. Y es aquí donde intervendría el bosón de Higg, como elemento capaz de coordinar y dar sentido a todos los hallazgos y teorías existentes. Pero esto es tema que necesita su propia explicación. Mientras tanto si alguno de Vds. se cree capaz de responder a la propuesta del ministro inglés y de ganar la botella de champagne, sus contestaciones pueden enviarlas en papel de tamaño A4 (en inglés, se supone), antes del 1 de junio a: Office of Public Service and Science; Cabinet Office; 70 Whitehall;  London, SW 1A 2AS; UK.¡Buena suerte!. 
 
 
 
Información adicional
 
*En 1953, a los 24 años, el físico Murray Gell-Mann estudiaba unas partículas descubiertas en 1947 por Anderson, los hadrones. Estableció una llamada propiedad de extrañeza (s: strangeness) y en 1961 pudo postular la existencia de quarqs y antiquarqs como unidades de composición de los hadrones, los mesones como combinaciones en parejas de quarq con antiquarqs, y triadas para comprender no solo los hadrones sino los neutrones y protones. En 1969 obtuvo el Nobel de Física.
*En 1972 el mismo Gell-Mann sugirió que cada quarq se podía presentar en tres colores: rojo, azul y verde, no en sentido literal sino analógico. En el caso de la luz, un quarq rojo, otro azul y uno verde se combinan para producir el blanco. Así nació la CROMODINÁMICA CUÁNTICA que postula que solo son posibles soluciones cuyo resultado final sea el blanco.
 
*Aparte de los previamente conocidos corno quarqs u, d y s, en 1974, gracias a los grandes aceleradores de partículas, se descubrieron los quarqs t y b. Normalmente la unión o asociación entre los quarqs es tan fuerte que no son aislables corno partículas libres, sino que su existencia se infiere a partir de las combinaciones en que se agrupan.