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Si bien, no se puede pensar que lo que se tiene sea algo sólido y concluyente, no obstante dos elementos de observación nos han llevado con naturalidad a la idea de una «gran unificación» de las fuerzas nuclear y electrodébil. Primero, la igualdad de las cargas nos hizo sospechar la intervención de un grupo de simetría que implica la transformación de estas partículas unas en otras. Luego, la variación de las constantes de acoplamiento de estas fuerzas con la energía, la que nos permite estimar la temperatura requerida para esta unificación: alrededor de 1028° K (1024 eV).
La temperatura y potencia que hemos estimado para una GUT, están bastante más allá de las más altas energías obtenidas en laboratorio (¡solamente 1018 eV!). Los conocimientos obtenidos siguen siendo precarios e inciertos, naturalmente. Pero de alguna manera la humanidad algo hará a futuro para satisfacer esta necesidad de conocimiento tan propia de su naturaleza.
¿Cuál podría ser el estado de la materia en esas condiciones ambientales? No se puede precisar las consecuencias, pero la transformación de los quarks en electrones tendría efectivamente más de alguna, puesto que implicaría que los protones no son estables. Cuando los quarks de un protón se transforman, el protón desaparece (figura 12.03.31). De este modo, todos los átomos estarían amenazados. Después de estas desintegraciones, los fotones, los electrones y los neutrinos resultarían los únicos constituyentes del cosmos. ¿Pero en cuánto tiempo?
Sobre esta cuestión, nuestra propia existencia es portadora de informaciones (como ya lo vimos en la sección 12.03.02) Esta desintegración de los nucleones, sí se produce, forzosamente debe ser muy lenta. Además, poseemos meteoritos de varios millones de años.
El caso del neutrón va a iluminarnos. Su desintegración implica, ya lo vimos, la creación de un W. La debilidad de la interacción débil –de la que la gran masa de W es responsable– permite que el neutrón dure veinte minutos. Una masa más grande del W le otorgará una duración más extensa aún.
Supongamos ahora que la fuerza de gran unificación sea transportada por una partícula nueva todavía más masiva. El principio de incertidumbre de Werner Heisenberg nos asegura que la creación de estas partículas será aún más escasa, y la duración de vida del protón aún más extensa. ¿Cuál debería ser la masa de una partícula capaz de asegurar al protón una existencia de 1029 años y más? Respuesta: por lo menos 1024 eV. Esta masa corresponde del todo a la energía en que las constantes de acoplamiento se encuentran. En el fondo, es la «coincidencia» que más entusiasma a los físicos para hallar una teoría convincente y demostrable que concluya en una gran unificación.
Hasta ahora, los modelos GUT's solo teóricamente unifican tres de las fuerzas conocidas de la naturaleza: la fuerte, la débil y la electromagnética. Puede que existan fuerzas completamente nuevas distintas de esas tres y de la gravedad y que se manifiesten sólo a distancias muy cortas o a energías altísimas. Tales fuerzas no aflorarán hasta que no se construyan aceleradores con energía suficiente para ponerlas de manifiesto, energía que podría producir un supercolisionador que no se sabe si alguna vez se podrá construir, dado su costo y tamaño.
Una fuerza nueva de este género, que de momento sólo existe en la imaginación, la predijeron, independientemente, Steven Weinberg, de la Universidad de Tejas, y Leonard Susskind, de la Universidad de Stanford, y se denominó fuerza «tecnicolor» o «hipercolor». Estos teóricos suponen que dicha fuerza podría manifestarse a energías por sobre los 1024 eV. La fuerza tecnicolor imita la fuerza coloreada conocida que mantiene los quarks unidos. Pero se manifiesta a través de una nueva serie de «gluones tecnicolor», que interactúan con una nueva serie de quarks, los «tecniquarks», que se unen para formar «tecnihadrones», similares a hadrones ordinarios como los protones, neutrones y piones, pero de masa mucho mayor. Si estas ideas respecto al tecnicolor fueran correctas, en súper potentes aceleradores se crearían nuevos tecnihadrones igual que en los aceleradores actuales se crean hadrones ordinarios.
Los físicos no introdujeron la fuerza tecnicolor sólo para imaginar nuevas partículas hipotéticas con las que poblar el vacío de nuestro desconocimiento. Pretendían también profundizar en el conocimiento de los parámetros no explicados del modelo estándar, como la magnitud de las masas quárquicas ordinarias. Quizá las nuevas fuerzas tecnicolor puedan explicarlas. Por desgracia, la idea de las fuerzas tecnicolor no ha conseguido aclarar mucho esos problemas, y plantea más incógnitas si se quieren combinar las interacciones débiles ordinarias con las fuerzas tecnicolor. A pesar de estas dificultades, el tecnicolor es una «idea de la historia sin fin…» que podría resultar importante cuando se logren construir superaceleradores. Nadie puede desechar la existencia de nuevas fuerzas de muy corto ámbito, y las partículas cuánticas de esas fuerzas podrían hacer florecer nuestro desierto de desconocimientos.
Las teorías del campo unificado y las de las fuerzas tecnicolor que podría añadirse a ellas, sólo representan una de las tentativas (la principal) de unificar las fuerzas de la naturaleza. Otra propuesta para unificar las diversas partículas cuánticas es la de que éstas no son entidades elementales sino compuestas. Cuando los físicos hallaban, en el pasado, lo que tomaban por un objeto «elemental», como el átomo o el protón, descubrían luego que el objeto estaba en realidad compuesto por otros objetos aún más pequeños. ¿Por qué no van a estar sometidos los quarks, los leptones y los gluones a una posterior descomposición?
Quizá sean compuestos. Sin embargo, los físicos que han investigado este supuesto no han hallado modo de aplicarlo. En el pasado, la idea de que una partícula era compuesta (sin ninguna prueba experimental directa de que lo fuese) explicaba normalmente alguna otra propiedad, desconcertante por lo demás, de dicha partícula. La idea de que los átomos se componían de electrones y núcleos ayudó a explicar, por ejemplo, el espectro de luz que emitían. Asimismo, de la idea de que los hadrones estaban formados por quarks, se deducían relaciones correctas entre las masas hadrónicas observadas.
En sus trabajos sobre unificación Pati y Salam investigaron la idea de los «preones», objetos más pequeños que los quarks y los leptones, de los que éstos podrían componerse. El físico israelí Haim Harrari elaboró el modelo «rishon» de quarks y leptones, en el que se consideraban formados por dos «rishones» todos los quarks y leptones observados. A pesar de estas hipótesis y muchas otras, la idea de que los quarks y los leptones sean compuestos no ha ayudado gran cosa a explicar sus masas u otras propiedades. Esto es decepcionante. Quizá se deba a que los físicos aún no han hallado el modelo compuesto correspondiente o a que no aplican como es debido las ideas de composición. La idea de que los leptones y quarks sean compuestos es otra «idea de la historia sin fin…» más, a guardar en el cajón por si alguien descubre cómo funciona.
Aunque no hay ni un solo dato experimental que directamente las apoye, las GUT's siguen en un nivel importante de atención en la investigación física teórica actual. Estimula a los físicos el hecho de que estas teorías les permitan unificar tres fuerzas de la naturaleza, aunque sea sólo teóricamente. Hace unos treinta años, tal unificación habría parecido inconcebible, Pero hoy la unificación de todas las fuerzas de la naturaleza sigue figurando en una posición preeminente en los programas de la física.
Encontrar pruebas de la desintegración protónica será una importante confirmación de las GUT's. Pero, aunque los físicos experimentales no vean protones desintegrándose, esto sólo significa que la vida protónica puede ser mayor de lo que ellos pueden medir. El que no hubiese desintegración protónica sería otro dato que limitaría los modelos teóricos de las GUT's, pero no sería el fin de la idea.
Muchos teóricos se han esforzado por generalizar aún más estas teorías para que incluyan un nuevo tipo de simetría (supersimetría), en la que se convierten campos con espín de medio entero en campos de espín un entero y viceversa. Estos modelos reciben el nombre de «teorías supersimétricas del gran campo unificado» o «SUSY GUT's». Su campo de experimentación es el universo muy primitivo: la dinámica del universo inflacionario, una etapa del universo anterior al Big Bang. Otras teorías, más amplias incluso que las GUT's, son las de la supergravedad, ampliaciones de la teoría general de la relatividad de Einstein, que incluyen la cuarta fuerza, la gravedad, y son el tema de una sección posterior.
La idea de las GUT's surgió del éxito que tuvo la revolución de la teoría del campo de medida y el subsiguiente modelo estándar de quarks, leptones y gluones. Pero las GUT's no fueron el único producto de esta revolución científica. Los físicos que investigaron matemáticamente las teorías del campo de medida descubrieron una clase de objetos totalmente nueva que podría habitar el micromundo cuántico. El más interesante de estos objetos es el monopolo magnético, una partícula dotada de una sola unidad de carga magnética y que es distinta a todo lo observado hasta ahora. Varias GUT's predicen los monopolos magnéticos y, si tales teorías fueran correctas, podríamos descubrirlos algún día. Explicaremos seguidamente la curiosísima historia de los monopolos.
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