Los quarks son los componentes fundamentales de toda la materia, pero no parecen tener ninguna estructura y parecen ser indivisibles. Imágenes de BlackJack3D / Getty Protones y neutrones, las partículas que forman los núcleos de los átomos, puede parecer muy pequeño. Pero los científicos dicen que esas mismas partículas subatómicas están formadas por algo aún más pequeño:partículas llamadas quarks.
"Bien, Creo que la forma más sencilla de decirlo es que los quarks son el componente fundamental de la materia, de todas las cosas que nos rodean, ", explica Geoffrey West. Es un físico teórico que fundó el grupo de física de alta energía en el Laboratorio Nacional de Los Alamos y ahora es Shannan Distinguished Professor en el Santa Fe Institute. (También es autor del bestseller de 2017" Scale, "sobre cómo las leyes matemáticas que gobiernan la estructura y el crecimiento del mundo físico se aplican a la vida biológica y a la sociedad humana).
Como electrones y otros leptones, Los quarks no parecen tener ninguna estructura y parecen ser indivisibles, como lo explica el físico de partículas de la Universidad de Melbourne Takaski Kubota en The Conversation.
Los quarks son tan pequeños que es alucinante incluso intentar expresar su tamaño estimado. El profesor de física de la University College London, Jon Butterworth, explicó que el radio de un quark es aproximadamente 2, 000 veces más pequeño que el de un protón, que a su vez es 2,4 billones de veces más pequeño que un grano de arena.
La existencia de quarks fue propuesta por primera vez en 1964 por el físico teórico del Instituto de Tecnología de California Murray Gell-Mann, una de las figuras clave en el desarrollo del Modelo Estándar de física de partículas. Gell-Mann, ganador del Premio Nobel de Física de 1969, descubrió que para explicar las propiedades de los protones y neutrones era necesario que estuvieran formados por partículas más pequeñas. Al mismo tiempo, otro físico de CalTech, Georg Zweig, también se le ocurrió la idea de forma independiente.
La existencia de quarks fue confirmada por experimentos llevados a cabo de 1967 a 1973 en el Stanford Linear Accelerator Center.
Una de las cosas raras de los quarks, como explica West, es que se pueden observar, pero no se pueden aislar. "Hay una diferencia sutil, ", dice." Son como electrones en que los electrones son fundamentales, pero con los electrones podemos observarlos y también aislarlos. Puede señalar un electrón. Con quarks, no se puede sacar uno del núcleo, ponerlo sobre la mesa y examinarlo ".
En lugar de, mediante el uso de aceleradores de partículas gigantes, los científicos aceleran los electrones y los utilizan para sondear la profundidad del núcleo. Si van lo suficientemente profundo dentro los electrones se dispersarán de los quarks, que se puede medir con detectores muy sofisticados. "Reconstruimos lo que hay en el objetivo del que están compuestos los protones y neutrones, West dice:"Ves estos pequeños objetos puntuales que identificamos como quarks".
Los quarks tienen cargas fraccionarias en comparación con los protones que forman. Hay seis tipos de quarks basados en la masa, y las partículas también tienen una cualidad llamada color, que es una forma de describir cómo la fuerza fuerte los mantiene unidos. El color es transportado por gluones, una especie de mensajero de la fuerte fuerza que une a los quarks. (Son análogos a los fotones).
Un equipo de físicos de la Universidad de Kansas planea utilizar un dispositivo instalado en el Gran Colisionador de Hadrones, un acelerador de partículas masivo ubicado en un túnel de 27 kilómetros (17 millas) entre Francia y Suiza, para investigar la fuerte interacción entre quarks y gluones.
"La idea es comprender mejor el protón y la estructura de iones pesados, como el plomo, por ejemplo, y estudiar un nuevo fenómeno llamado saturación, "Christophe Royon, un profesor de física de la Universidad de Kansas que dirige la investigación, explica en un correo electrónico. "Cuando dos protones o dos iones chocan con una energía muy alta, somos sensibles a su subestructura - quarks y gluones - y podemos sondear alguna región donde la densidad de gluones sea muy grande ".
"Una analogía sería el metro de Nueva York en las horas pico cuando el metro está completamente congestionado, "Royon continúa." En ese caso, los gluones no se comportan como identidades únicas pero pueden mostrar un comportamiento colectivo, de la misma forma que un metro abarrotado, si alguien se cae todo el mundo lo sentirá ya que las personas están tan cerca unas de otras. En algún momento, los protones o iones pesados pueden comportarse como un objeto sólido, como un vaso, llamado condensado de vidrio de color. Esto es lo que queremos ver en el LHC y también en el futuro Electron-Ion Collider en los Estados Unidos ".
Royon dice que encontrar pruebas de la existencia de este material de gluón denso respondería a una de las mayores preguntas sin respuesta sobre los quarks. "Este es un nuevo estado de la materia, ", dice." Ya aparecieron algunas pistas sobre el Colisionador de Iones Pesados Relativista o el Gran Colisionador de Hadrones, pero aún no hay nada seguro. Sería un descubrimiento importante, y tanto el Gran Colisionador de Hadrones como el Colisionador de Iones y Electrones son máquinas ideales para ver esto ".
Los científicos también se preguntan si podría haber algo incluso más pequeño que un quark. "Se plantea la pregunta, ¿Hay otro nivel todavía? ", dice West." No sabemos la respuesta a eso ".
Eso es interesanteGell-Mann obtuvo el nombre de la partícula de la novela experimental de James Joyce de 1939 "Finnegans Wake, "que contiene la línea, "¡Tres quarks para Muster Mark!"
