EL GLUÓN O LOS FANTASMAS DE LA MASA SUBATÓMICA: ENTRE LA CROMODINÁMICA Y LA ESPUMA CUÁNTICAS

A petición de algunos lectores (y amigos del blog Ancile), he querido verter este breve texto en relación a algunas dudas y controversias que surgieron en relación a aquellas partículas que dan consistencia al universo (bosones), y en cuya primera ocasión, con motivo del descubrimiento del bosón de Higgs, se hicieron algunas aproximaciones, de las que  hubo, parece ser, una serie de interpretaciones equívocas a propósito de este tipo de partículas. Ahora ofrezco otra entrada relacionada con el tema, en esta ocasión sobre otro tipo de bosón que interviene en estos procesos interactivos, el gluón, y todo para la sección de Ciencia de este blog.

EL GLUÓN O LOS FANTASMAS 

DE LA MASA SUBATÓMICA 


ENTRE LA CROMODINÁMICA Y LA  ESPUMA CUÁNTICAS

Uno de los fundamentos imprescindibles para entender la estructura y dinámica de la materia, sin duda será el de masa. En física, dicho concepto representa la cantidad de materia que contiene e incide en un cuerpo en relación a la resistencia al cambio de velocidad (masa inercial), o a los procesos de atracción gravitatoria que afectan  a una determinada porción de masa en correspondencia con un campo gravitatorio (masa gravitacional). En el año 2012, y tras el descubrimiento de la partícula o bosón de Higgs, del CERN y su colisionador de hadrones (LHC), se ha podido describir, con bastante solvencia, por cierto, los entresijos del funcionamiento y mecanismo de los quarks y los leptones (partículas elementales de características similares a los electrones) en relación a su masa y a la manera en cómo adviene o adquieren dicha masa. Para más información ver en este blog: Estructura y dinámica (¿divina? o el bosón de Higgs,[1] y: El bosón de Higgs y la partícula maldita.[2] El campo de Higgs, creado por este bosón, se establece como responsable de la interacción y  la masa de este tipo de partículas. No obstante, y a colación de algún comentario de amigos interesados al respecto en cuestiones tan extravagantes como controvertidas [3]

como las que, de vez en cuando, anunciamos en este medio, responsabilizaban a este mecanismo de la masa visible del universo.

                Para Demócrito (y otros sabios griegos) la indivisibilidad del átomo era cuestión cerrada e indiscutible. Hoy, sin embargo, esta es una visión periclitada que nada tiene que ver con la realidad de lo que observamos (empíricamente) y suponemos (teóricamente) ocurre en lo más íntimo de la materia: protones, neutrones y electrones, como partículas indiciarias en la teoría física de partículas constan a su vez, de otras partículas, los quarks[4], –que constituyen los protones y neutrones-, y cuya cohesión se debe, precisamente, al mencionado y enigmático gluón. Lo curioso del caso es que para la obtención de la masa de estas partículas –protones y neutrones- se hace necesaria la participación de otra que parece no tenerla, precisamente el gluón. Pero lo verdaderamente más extraño es que en la composición de un protón y de la masa que lo constituye, no se explica totalmente con la suma de los quarks y los gluones que intervienen en su composición. Tampoco se sabe cuál es la razón por la que el gluón interacciona y liga a los quarks que componen el protón, ni por qué la carga del color[5] es crucial para que dicha unión se establezca.

                Si bien el gluón es el que transmite la interacción fuerte[6] y actúa como el pegamento singular entre los quarks, esto sería un hecho que no entrañaría ningún problema, si no fuese porque los gluones ofrecen una propiedad en verdad particular: la mecánica cuántica nos advierte de que la interacción disminuye con la variabilidad de la masa, así, siendo esta menor,  o inexistente, como ocurre con los fotones, por lo que la fuerza electromagnética se propagaría indefinidamente, de manera tal que un electrón libre situado a una enorme distancia de otro, manifestarían, sin embargo, una repulsión entre ellos; se verá, sin embargo, en contraste, que los gluones, como integrantes particulares de la interacción fuerte que actúa en el núcleo de los átomos, deberían tener una masa muy considerable, cosa que en modo alguno parece ser cierto, pues carecen de ella. No menos extravagante resulta la extraña constatación de que cuanto mayor es la distancia entre dos quarks, la atracción es mucho más grande, a diferencia de lo que sucede con las partículas componentes de la ,[7] y cuya descripción es muy sugestiva, si intentamos visualizar el fenómeno: si imaginamos dos quarks en interacción, parecerían que están unidos por un elástico que, cuando se encuentran próximos, apenas si ofrece resistencia, pero que, si los alejamos, la tensión y resistencia se hará desde luego mucho más consistente.[8] La cromodinámica cuántica denomina[9] a esta propiedad, carga de color. Pero no será esta la única sorpresa que habrá de depararnos esta partícula: el número de gluones y quarks en un protón puede variar de forma tal que, aparecen y desaparecen en una espuma cuántica de creación y autodestrucción verdaderamente tan extraña como extraordinaria.

                Todo parece indicar que para conocer la naturaleza y origen de la materia, el gluón es uno de los candidatos para su explicación más influyentes, ya que actúa como uno de los factores que tiene mucho que decir en relación a una de las características privativas de la materia, sobre todo si esta es la responsable de una de sus cualidades fundamentales, nos referimos a la masa. El gluón, es responsable de las interacciones de algunos de los puntales básicos de la composición material, no enfuerza electromagnética) para adquirir sus respectivas  masas, el protón, por ejemplo, en virtud de las cualidades de interacción -en la interacción fuerte- del gluón, todavía ofrece no pocas interrogantes, desde luego no resueltas, para la comprensión total y definitiva de la manera en que obtiene su masa dichas partículas fundamentales.vano da consistencia a protones y neutrones, así como a todas las combinaciones imaginables entre estas partículas, por lo que se nos ofrece como elemento básico para el conocimiento de lo más íntimo de la materia. Así las cosas, si el bosón de Higgs -y su descubrimiento- supuso un hito para la investigación de las interacciones que hacen posible la materia a nivel del mecanismo en que funcionan leptones y quarks (partículas responsables de la 

                A la luz (o la problemática) expuesta en esta breve exposición, no deja de resultar fascinante que aquello que denominamos materia (y que, por cierto, fundamenta buena parte del conocimiento –racional, conceptual, discursivo y empírico- de la ciencia y el pensamiento en la actualidad, ofrezca tantas y tan enigmáticas interrogantes, que nos hagan pensar, no sin razón, si sabemos, a día de hoy, de lo que hablamos cuando lo hacemos sobre la materia.

                               Francisco Acuyo

               

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[1] Enlace Estuctura y dinámica ¿divina? del bosón de Higgs 

[2] Enlace a El bosón de Higgs o la partícula maldita.

[3] Sabemos que la masa de los quarks sólo da un 2% de la masa del protón y del neutrón. Se dice que el 98 % de la masa restante en realidad es debida al gluón.

[4] Existen muchas otras, además de los quarks, bajo el colectivo denominado hadrones.

[5] La cromodinámica cuántica (QCD) es la teoría matemática que describe la interacción fuerte, la cual nos dice que la posibilidad de dicha cohesión gira entorno a una propiedad que se denomina carga de color, y que nos sirve para distinguirla de la interacción electromagnética.

[6] Es junto a la gravitatoria, electromagnética y la débil, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza.

[7] Ent, R., Ullrich, T., y Venugopalan: Las enigmáticas propiedades de los gluones, Investigación y Ciencia (Scientific American), julio, 2015, págs. 26, 31.

[8] Ibidem.

[9] QCD, es el acrónimo de esta teoría matemática. Se dice que el concepto de color sirve para distinguir a estos quarks relacionados con la interacción fuerte (como los gluones), de la interacción electromagnética.