Imagina por un solo momento que la realidad en la que vives se construye a partir de bloques minúsculos que parecen invisibles, partículas que no puedes ver ni tocar pero que dan forma a absolutamente todas las cosas que te rodean. Cada uno de esos pequeños bloques, mucho más ínfimos que los propios átomos, e incluso que los protones o electrones, se conocen como quarks, y son las entidades que crean la materia, mientras desafían las leyes clásicas adaptándose únicamente a las de la cuántica.

La historia de los quarks comenzó en la década de 1960, cuando los físicos Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron la existencia de los quarks para dar explicación a la abundancia caótica de partículas subatómicas observadas en los experimentos de alta energía. Este concepto, altamente revolucionario en su época, propuso que las partículas que en aquel momento se creían indivisibles, es decir, los protones y neutrones, no eran en verdad elementales, sino que estaban compuestas por unidades mucho más pequeñas: los famosos quarks.

LAS RAÍCES DE LA MATERIA

Y es que, el descubrimiento de los quarks marcó la historia en un momento en el que la física de partículas estaba atravesando una gran revolución conceptual. Los experimentos de alta energía cada vez eran más comunes y, en cada uno de ellos, se observaban cada vez más y más partículas que, hasta ese momento, se creían desconocidas. En este mismo contexto, Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron la teoría de los quarks, es decir, plantearon la idea de las partículas conocidas hasta entonces no eran fundamentales en sí mismas, sino que estaban compuestas por otras mucho más pequeñas.

Se trató de una propuesta revolucionaria en la conceptualización de la materia. Estos científicos afirmaron que los quarks podían tener seis “sabores” diferentes – arriba, abajo, encanto, extraño, cima y fondo – y que, además, cada uno de ellos podía tener un color diferente. Por color, sin embargo, no se referían exactamente a un color visual, sino a una propiedad de la carga cromodinámica relacionada con las interacciones fuertes entre estas partículas.

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The Open University

Murray Gell-Mann y George Zweig, respectivamente

La comunidad científica tardó en aceptar esta idea, pues se hacía muy complicado asumir, casi de repente, que las partículas subatómicas convencionales no eran en realidad fundamentales, sino que estaban compuestas por unidades mucho más pequeñas. Resultó ciertamente desconcertante. Sin embargo, a medida que la evidencia experimental se iba haciendo más sólida, la teoría de los quarks acabó por aceptarse como un pilar elemental de la física de partículas.

TIPOS DE QUARKS

Curiosamente, el nombre que se ha elegido para determinar los diferentes tipos de quarks son los “sabores”. Cada uno de ellos, presentaría un modelo de quark específico, con propiedades únicas. Así, los quarks de tipos arriba (up) y de tipo abajo (down) son los más cercanos a nosotros, pues son dos de los componentes fundamentales de la materia. Entre ellos se complementan de manera perfecta, formando los protones y los neutrones en los núcleos atómicos y, por lo tanto, creando los átomos.

Los quarks de tipo encanto son los que tienen en sabor más intrigante, y es que son los responsables de la generación de partículas mucho más masivas. Por su parte, los quarks de tipo extraño tienen una propiedad muy extraña, pues su presencia en las partículas subatómicas contribuye a que estas se desintegren de una manera peculiar y distinta a aquellas partículas únicamente formadas por los quarks arriba y abajo.

Finalmente, los quarks de tipo top y de tipo fondo forman parte de una generación mucho más pesada. Su presencia en la materia contribuye a la comprensión de fenómenos subatómicos mucho más complejos, como por ejemplo la creación de un tipo de partículas conocidas como mesones.

Neutrón Estructura de Quarks
Javierha

Un neutrón, compuesto por dos cuark abajo (d) y un cuark arriba (u)

EL COLOR Y EL CONFINAMIENTO

Si bien hablar del color de los quarks nos hace pensar en pequeñas partículas teñidas de un abanico de colores, no se trata de una característica relacionada con el color. De hecho, todo lo contrario: tiene un significado mucho más abstracto. En efecto, hace referencia a la cromodinámica cuántica, también conocida como QCD, una teoría que describe la forma en la que interactúan los quarks y los gluones, unas partículas mediadoras de fuerza fuerte.

De hecho, los colores de los quarks pueden describirse como “rojo”, “verde” o “azul”, siendo cada uno una forma de describir los diferentes estados de carga cromodinámica que pueden poseer. Y es que, a diferencia de otras partículas como, por ejemplo, los electrones, que pueden existir tanto en unión con otras partículas como de forma individual, los quarks es imposible que se encuentren en estado libre: siempre estarán confinados dentro de partículas compuestas. Es más, a medida que los quarks intentan separarse, la fuerza que actúa entre ellos aumenta en lugar de disminuir. En otras palabras, a medida que intentamos separar dos quarks, la energía requerida para hacerlo será cada vez mayor, convirtiendo esa tarea en algo completamente imposible.

Ahora bien, existen determinados escenarios en los que sería posible encontrar, de forma muy momentánea a quarks libres. Son estados que se conocen como “de libertad asintótica” y se corresponden a las primeras etapas del Big Bang o a ciertos experimentos de colisionadores de partículas a alta energía. En esas condiciones, es posible que la fuerza fuerte que los mantiene unidos disminuya lo suficiente como para permitir que los quarks existan temporalmente como partículas libres, eso sí, antes de volver a formar nuevas partículas compuestas.

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