Los físicos del CERN creían que la simetría entre los quarks arriba y abajo está rota. Lo está mucho más de lo que esperaban

Los quarks, las partículas elementales que constituyen los protones y los neutrones del núcleo atómico, son fermiones. Y los electrones, también. Los hay de varios tipos, aunque a los físicos les gusta más hablar de ‘sabores’: arriba (up), abajo (down), encanto (charm), extraño (strange), cima (top) y fondo (bottom). Los más frecuentes en la materia ordinaria son los quarks arriba y abajo, aunque cima es muy interesante por una razón curiosa: es la partícula elemental más pesada que podemos encontrar en la naturaleza.

Un apunte interesante dado que nos movemos en el ámbito de los fermiones: la supersimetría es un modelo teórico de la física de partículas que propone la existencia de una partícula hipotética que está emparejada con cada una de las partículas fundamentales que conocemos. Persigue explicar la relación existente entre los bosones, que tienen un espín con valor entero, y los fermiones, que tienen un espín semientero. No obstante, es importante que no pasemos por alto que es un marco teórico hipotético que, por tanto, todavía no ha sido observado en la naturaleza. Ni siquiera experimentalmente.

Los físicos aún no entienden bien cómo se combinan los quarks y los gluones

La interacción nuclear fuerte, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, es el «pegamento» que mantiene unidos a los quarks para dar lugar a los protones, los neutrones y otros hadrones. También se responsabiliza de la cohesión y la estabilización del núcleo de los átomos. Hasta ahora los físicos de partículas consideraban que esta fuerza interacciona con todos los quarks, independientemente de su sabor, de la misma forma. Este mecanismo se conoce como simetría de isospín y respeta, eso sí, las diferencias que existen entre las masas y las cargas eléctricas de los quarks.

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Un kaón es una partícula subatómica constituida por un quark y un antiquark, pero no por cualquier quark; se trata de un quark extraño

De acuerdo con la simetría de isospín la colisión de iones pesados, que son átomos o moléculas que han adquirido carga eléctrica global positiva o negativa debido a la pérdida o la ganancia de electrones, debería generar esencialmente la misma cantidad de kaones con carga eléctrica y kaones neutros debido a que la masa de los quarks arriba y abajo es similar. Un apunte antes de seguir adelante: un kaón es una partícula subatómica que está constituida por un quark y un antiquark, pero no por cualquier quark; se trata de un quark extraño. La presencia de este último les confiere unas propiedades muy peculiares, por lo que estudiarlos es muy útil para entender un poco mejor las características de la materia.

Lo que ha sorprendido a los físicos del CERN es que el experimento NA61/SHINE ha evidenciado que la simetría de isospín no se cumple. Y no lo hace debido a que las colisiones de iones pesados generan un desequilibrio muy grande entre la producción de kaones cargados y kaones neutros. Durante los últimos años los físicos sospechaban que podría darse un cierto grado de desequilibrio, pero lo que no esperaban es que esta diferencia fuese tan grande. Esto es muy importante por un motivo: los modelos teóricos actuales tienen dificultades para explicarlo.

Puede parecer un problema, pero no lo es en absoluto; es una oportunidad. En física de partículas cuando aparece una discrepancia de este tipo los investigadores tienen la oportunidad de elaborar nueva física con el propósito de entender con más precisión qué está sucediendo en sus experimentos. Esta disparidad en particular tiene la capacidad de ayudarles a entender mejor cómo funciona la interacción nuclear fuerte y cómo se combinan los quarks y los gluones para dar lugar a la producción de hadrones.

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Los físicos del CERN creían que la simetría entre los quarks arriba y abajo está rota. Lo está mucho más de lo que esperaban

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por
Juan Carlos López

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Los quarks, las partículas elementales que constituyen los protones y los neutrones del núcleo atómico, son fermiones. Y los electrones, también. Los hay de varios tipos, aunque a los físicos les gusta más hablar de 'sabores': arriba (up), abajo (down), encanto (charm), extraño (strange), cima (top) y fondo (bottom). Los más frecuentes en la materia ordinaria son los quarks arriba y abajo, aunque cima es muy interesante por una razón curiosa: es la partícula elemental más pesada que podemos encontrar en la naturaleza. Un apunte interesante dado que nos movemos en el ámbito de los fermiones: la supersimetría es un modelo teórico de la física de partículas que propone la existencia de una partícula hipotética que está emparejada con cada una de las partículas fundamentales que conocemos. Persigue explicar la relación existente entre los bosones, que tienen un espín con valor entero, y los fermiones, que tienen un espín semientero. No obstante, es importante que no pasemos por alto que es un marco teórico hipotético que, por tanto, todavía no ha sido observado en la naturaleza. Ni siquiera experimentalmente. Los físicos aún no entienden bien cómo se combinan los quarks y los gluones La interacción nuclear fuerte, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, es el "pegamento" que mantiene unidos a los quarks para dar lugar a los protones, los neutrones y otros hadrones. También se responsabiliza de la cohesión y la estabilización del núcleo de los átomos. Hasta ahora los físicos de partículas consideraban que esta fuerza interacciona con todos los quarks, independientemente de su sabor, de la misma forma. Este mecanismo se conoce como simetría de isospín y respeta, eso sí, las diferencias que existen entre las masas y las cargas eléctricas de los quarks. En Xataka China sigue imparable: está terminando una megafuente de luz ultravioleta para fabricar chips de vanguardia Un kaón es una partícula subatómica constituida por un quark y un antiquark, pero no por cualquier quark; se trata de un quark extraño De acuerdo con la simetría de isospín la colisión de iones pesados, que son átomos o moléculas que han adquirido carga eléctrica global positiva o negativa debido a la pérdida o la ganancia de electrones, debería generar esencialmente la misma cantidad de kaones con carga eléctrica y kaones neutros debido a que la masa de los quarks arriba y abajo es similar. Un apunte antes de seguir adelante: un kaón es una partícula subatómica que está constituida por un quark y un antiquark, pero no por cualquier quark; se trata de un quark extraño. La presencia de este último les confiere unas propiedades muy peculiares, por lo que estudiarlos es muy útil para entender un poco mejor las características de la materia. Lo que ha sorprendido a los físicos del CERN es que el experimento NA61/SHINE ha evidenciado que la simetría de isospín no se cumple. Y no lo hace debido a que las colisiones de iones pesados generan un desequilibrio muy grande entre la producción de kaones cargados y kaones neutros. Durante los últimos años los físicos sospechaban que podría darse un cierto grado de desequilibrio, pero lo que no esperaban es que esta diferencia fuese tan grande. Esto es muy importante por un motivo: los modelos teóricos actuales tienen dificultades para explicarlo. Puede parecer un problema, pero no lo es en absoluto; es una oportunidad. En física de partículas cuando aparece una discrepancia de este tipo los investigadores tienen la oportunidad de elaborar nueva física con el propósito de entender con más precisión qué está sucediendo en sus experimentos. Esta disparidad en particular tiene la capacidad de ayudarles a entender mejor cómo funciona la interacción nuclear fuerte y cómo se combinan los quarks y los gluones para dar lugar a la producción de hadrones. Imagen | CERN Más información | CERN En Xataka | "Si conseguimos nuestro objetivo, se desencadenará una revolución en la física": hablamos con Santiago Folgueras, físico del CERN