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El Nobel por explicar el universo subatómico
David Gross, David Politzer y Frank Wilczek desarrollaron en 1973 la teoría que describe el submundo de la materia
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LA NACIONNora Bär
Fue la crónica de un premio anunciado: los norteamericanos que en 1973 otorgaron carta de ciudadanía a la teoría que describe qué ocurre en los más recónditos suburbios del mundo subatómico –la "de las interacciones fuertes"– resultaron ayer los destinatarios del Nobel de Física 2004.
David J. Gross, de la University of California en Santa Barbara; Frank Wilczek, del Massachusetts Institute of Technology, y H. David Politzer, del California Institute of Technology, desarrollaron su edificio conceptual en dos artículos (Gross y Wilczek firmaron uno; Politzer, el otro) que fueron publicados simultáneamente por la misma revista científica, el primero a tres páginas del segundo.
Ambos ofrecen una explicación matemática de las fuerzas que imperan sobre los ladrillos fundamentales de la materia, esas partículas que los físicos bautizaron "quarks".
"Las fuerzas de la naturaleza son cuatro –explica Fidel Shaposnik, profesor de la Universidad de La Plata e investigador superior de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires–: la gravedad (que hace que los objetos caigan al suelo y también gobierna el movimiento de planetas y galaxias), la débil (que gobierna el decaimiento radiactivo), la electromagnética (que hace que los electrones orbiten en torno del núcleo atómico) y la fuerte (que describe cómo están unidos los quarks). Cuando ellos publicaron ese trabajo, las interacciones débiles se entendían bastante, pero faltaba comprender las interacciones fuertes."
El modelo estándar de la materia describe las tres fuerzas –o interacciones, como prefieren llamarlas los físicos– que se aplican al zoológico de partículas subatómicas. Desarrollado a partir de las contribuciones de previos premios Nobel, es la única descripción matemática de la materia que toma en cuenta la teoría de la relatividad, de Einstein.
Por eso, según dijo la academia sueca en un comunicado, el descubrimiento de Gross, Politzer y Wilczek "llevó a la física un paso más cerca de cumplir su sueño grandioso: el de formular una teoría unificada que también integre a la gravedad, la teoría de todo (...) Los tres se enfrentaron con preguntas fundamentales, problemas que ocuparon a los físicos a través del siglo XX".
"En esos años había un montón de teorías candidatas –cuenta Shaposnik–. Había que calcular algo que se llama la función beta, que nos acompañaba desde los años 60: si era positiva, había que tirar la teoría, y si era negativa había que conservarla. Los trabajos de Gross, Politzer y Wilczek fueron un golpe de varita mágica que transformó la teoría, de zapallo en carroza de Cenicienta", ilustra.
Un fenómeno peculiar
La teoría de las interacciones fuertes impera dentro de protones y neutrones, partículas que componen el núcleo atómico. Explica un fenómeno peculiar y que va en contra de nuestra percepción en el mundo macroscópico. "Intuitivamente, todos pensamos que la fuerza disminuye al aumentar la distancia –explica Shaposnik–. En cambio, lo que se había observado experimentalmente era que los quarks cuanto más cerca están uno del otro menos la sienten y cuanto más lejos están más se atraen. Hay un ejemplo típico que es la gomita elástica: cuanto más se la estira, más fuerza se siente. Es eso exactamente lo que pasa con los quarks, una condición que se llama libertad asintótica. Es decir, los quarks nunca serán libres, porque cuanto más lejos están más se atraen."
Desde que Gross, Politzer y Wilczek publicaron sus resultados, muchos grupos de investigación comenzaron a buscar desesperadamente cómo probarlos. "La gente del Cern, por ejemplo, trabajó mucho y se confirmó –afirma Shaposnik–. De modo que desde el 74 o 75 estamos todos seguros de que ésa es la teoría de las interacciones fuertes."
Tal como describieron los científicos hoy laureados, dentro del protón y el neutrón, los quarks están libres, porque, al estar muy cerca, la fuerza fuerte se hace mínima, pero no pueden irse porque, al separarse, la fuerza aumenta dramáticamente.
"A ese fenómeno se lo llama confinamiento –dice el investigador argentino–. Por eso nunca se puede ver a los quarks sueltos, separados, y esto plantea un problema epistemológico."
Por otro lado, los quarks sólo pueden detectarse de manera indirecta. "Es como si miráramos una caja cerrada en la que unas bolitas se golpean unas contra las otras –ejemplifica Shaposnik–. En realidad son partículas puntuales, no tienen dimensión, pero tienen masa. Los quarks forman protones y neutrones, que forman núcleos atómicos, que con los electrones forman átomos, que forman moléculas, que nos forman a todos nosotros."
Según Juan Pablo Paz, del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, "la interacción que estudiaron los científicos norteamericanos es tan importante que sin ella no se entiende por qué el núcleo atómico, el protón o el neutrón se mantienen unidos. Ellos lograron explicar sus propiedades a partir de un modelo muy sencillo que se basa en la noción de simetría", afirma. Y enseguida agrega: "Algo que los físicos hemos aprendido es que en la naturaleza hay distintos niveles de organización, con leyes que son privativas de cada nivel. En la macrofísica, estos descubrimientos no han tenido un impacto significativo, pero su descubrimiento permitió entender esta ley y a partir de allí se extrajeron principios que se aplican en otros ámbitos".
Cuenta una historia no escrita que Gross y Wilczek lograron que su trabajo se publicara junto con el de Politzer a pesar de que tenían un signo equivocado en una fórmula fundamental de la versión original del manuscrito. Es más, hay quienes discuten si el mérito del descubrimiento de la libertad asintótica no debería atribuirse a Gerardus ´t Hooft, que la había propuesto siendo aún un alumno durante un encuentro en la isla de Córcega, el año anterior, pero no la había publicado. Lo cierto es que ´t Hooft ya recibió el Nobel en 1999 (por otra contribución), y el próximo 10 de diciembre Gross, Wilczek y Politzer compartirán los honores y el millón trescientos mil dólares que les acaba de asignar la academia sueca.
