Hallado el "último Iadrillo" de la materia

Uno de los objetivos más perseguidos por la física fundamental en las últimas dos décadas se ha conseguido. El quark top, el sexto miembro de esta familia de partículas elementales que con otras seis constituyen los ladrillos de toda la materia que existe y que ha existido desde el origen del Universo, ha sido descubierto en el laboratorio Fermilab de Chicago (EE UU),tras 17 años de búsqueda. Para encontrarlo ha sido necesario construir todo un enorme acelerador de partículas a propósito, el Tevatron, en el que 379 físicos estadounidenses, pero también japoneses, italianos y una española, han ...

Uno de los objetivos más perseguidos por la física fundamental en las últimas dos décadas se ha conseguido. El quark top, el sexto miembro de esta familia de partículas elementales que con otras seis constituyen los ladrillos de toda la materia que existe y que ha existido desde el origen del Universo, ha sido descubierto en el laboratorio Fermilab de Chicago (EE UU),tras 17 años de búsqueda. Para encontrarlo ha sido necesario construir todo un enorme acelerador de partículas a propósito, el Tevatron, en el que 379 físicos estadounidenses, pero también japoneses, italianos y una española, han tenido que tomar un billón de datos antes de cantar victoria. Ayer, en Chicago y en Roma, los directores del experimento CDF anunciaron el hallazgo del quark top.

El queso, las piedras, los planetas, las estrellas y las personas es tan hechas de átomos. Los átomos están hechos de electrones que orbitan alrededor de un pequeñisimo núcleo hecho, a su vez, de otras partículas llamadas protones y neutrones. Estos neutrones y protones están hechos de quarks. Los quarks están hechos... de nada: son los trocitos mas pequeños que los físicos han encontrado, hasta ahora."Ha sido muy emocionante y muy interesante; empezamos a tomar datos en el Tevatron en 1987 y hemos estado nueve meses analizándolos a fondo. Es muy difícil hallar esta partícula porque es muy esquiva", cuenta Teresa Rodrigo, la primera española que ha participado en el experimento CDF (Collider Detector at Fermilab). "Ya hemos empezado a tomar nuevos datos que mejorarán mucho nuestros resultados", continúa.

Los quarks tenían que ser seis y sólo seis; pero hasta ahora sólo se habían encontrado cinco, y desde que se descubrió el quinto, hace 17 años, la búsqueda del último se había convertido en un objetivo irrenunciable. El grupo CDF, dirigido por Mel Shochet y Bill Carithers, ha presentado 12 detecciones de la partícula.

El equipo ha titulado el articulo sobre su hallazgo, enviado a la revista Physical Review y firmado por 379 físicos, Evidencia de producción de quark top. Ayer en Chicago Shochet mostró la prudencia lógica de los científicos: "No hemos observado aún suficientes ejemplos de producción de quark top para establecer la existencia de la partícula más allá de cualquier duda, pero esta evidencia indica de modo contundente la existencia del sexto y último quark que hemos estado buscando tanto tiempo".

Teoría comprobada

Igual que Mendeleiev, en el siglo pasado, elaboré su famosa tabla periódica -en la que estaban perfectamente ordenadós tanto los elementos químicos conocidos entonces como las casillas vacías de otros muchos aún por descubrir-, los físicos del siglo XX han sido capaces de elaborar una tabla de las partículas elementales. Y en ella estaba vacía la casillá del quark top.

La teoría física que permitió hace 20 años definir la tabla de las partículas es el Modelo Estándar, que describe los componentes fundamentales de la materia y sus interacciones, y ha sido comprobada exhaustivamente. "Entre los teóricos nadie dudaba de la existencia del quark top. Sin él toda la teoría del Modelo Estándar sería inconsistente desde el punto de vista de la mecánica cuántica", comenta Luis Ibáñez, físico teórico de la Universidad Autónoma de Madrid.

"Hasta hoy el top era uno de los cimientos escondidos del edificio de la física microscópica. El valor exacto de ese quark podía variar pero su existencia era imperativa. Sin este pilar de los cimientos, la casa se quedaría ceja", dice Belén Gavela, físico teórico del CERN, en Ginebra.

Lo que el Modelo Estándar viene a decir es que con un puñado de tipos de partículas elementales se construye la materia siguiendo unas reglas precisas, igual que con el alfabeto morse se puede escribir cualquier cosa con tres signos: el punto, la raya y el espacio. "Reflexionando sobre la formidable solidez de la teoría Estándar de constituyentes e interacciones fundamentales, recuerdo la célebre frase de Einstein: Lo mas incomprensible de universo es que es perfectamente comprensible", comenta Manuel Aguilar, físico del Ciemat.

Pero, para hacer quesos, personas o estrellas no hacen falta todos los tipos de quarks, basta con los dos primeros. Toda la materia conocida que existe ahora en el universo está hecha con los quarks up y down. Lo que pasa es que los físicos se han dado cuenta de que debieron existir todos los quarks en los momentos iniciales de las historia del Universo, en el Big Bang, cuando todo el cosmos estaba muy caliente y concentrado. Enseguida se enfrió y los quarks pesados se desintegraron.

El quark top ya no existe en la naturaleza, el universo esta ahora demasiado frío para mantenerlo con vida. Lo que hacemos en los aceleradores es recrear los primeros momentos del c smos", explica el italiano Lorenzo Foá, también del CERN.

Einstein

Todo esto se debe a Einstein y a su afirmación de que la energía se convierte en materia y vivecersa. En los aceleradores se generan enormes cantidades de energía y se crean partículas. Cuanta más energía, más masivas son las partículas que se pueden producir y para encontrar el top ha habido que construir un acelerador protón / antiprotón muy energético, el Tevatron.

Los físicos de partículas estadounidenses, después de que los europeos habían hecho en la última década los descubrimientos mas descollantes en este campo, tenían que mostrar con orgullo su importante hallazgo del top, más aún con el gigantesco superacelerador SSC cancelado recientemente por el Congreso.

El siguiente paso de los físicos es explicar el origen de la masa de las partículas. Para ello la clave es Higgs, una partícula y una hipótesis por ahora mucho más oscura que el Modelo Estándar. Para encontrar Higgs las esperanzas están centradas en un nuevo acelerador de partículas, el LHC, que los europeos proyectan en el CERN.

Mientras tanto, el quark top "es un trozo de información fundamental que nos da una pista preciosa para avanzar en nuevas teorías de unificación y supersimetrías", explica Ibáñez. "Es la crónica de un quark anunciado", resume este teórico.