La historia de los quarks y Murray Gell-Mann

Es todo un placer leer la historia de la ciencia de manos de sus propios autores. Como nos dice George Zweig, nadie es consciente de que asiste a una revolución en primera persona, se necesitan muchos años para comprender la importancia y el significado de los hechos que modelan la historia. Recomiendo la lectura de George Zweig, “Memories of Murray and the Quark Model,” ArXiv, 3 Jul 2010. Permitidme extraer algunas frases para iros abriendo boca.

En 1949, Fermi y Yang publicaron un artículo que sugería que el pión no era una partícula elemental, sino un estado ligado de un nucleón y un antinucleón. Un nucleón es un protón o un neutrón. Sakata extendió dicho modelo a mesones y bariones suponiendo que estaban formados por el protón (p), el neutrón (n) y la partícula lambda (Λ). En 1963 se sabía que el modelo de Sakata no era correcto, pero la idea de que los hadrones (mesones y bariones) estaban formados por constituyentes más pequeños estaba en el aire. Zweig reemplazó los tres constituyentes del modelo de Sakata por nuevas partículas desconocidas, denotadas p0, n0 y Λ0, a las que llamó “ases” (aces). Se conocían 4 leptones (electrón, muón y sus neutrinos) y Zweig pensó que tendría que haber cuatro “ases” como en la baraja, aunque su modelo explicaba todos los hadrones utilizando solo 3. Zweig asignó a sus “ases” un número bariónico 1/3 (lo que implica una carga fraccionaria). El ”as” Λ0 sería más pesado que los otros dos “ases” y explicaría la vía óctuple de Gell-Mann, la simetría SU(3) accidental de la fuerza nuclear fuerte. ¿Existían los “ases”? No podían existir porque la partícula Ω¯, que estaría formada por tres Λ0, violaba el principio de exclusión de Pauli (que la QCD evitó gracias a la carga de color). Cuando Zweig le expuso sus ideas a Gell-Mann el pensó que los “ases” eran un mero juguete formal.

Gell-Mann había introducido la vía óctuple, la simetría SU(3) y los quarks que constituyen los mesones y los bariones, en 1961 como una extensión del modelo de Sakata. Afirma en dicho artículo que ”no le atribuimos ningún significado físico a las (nuevas) partículas (teóricas) que constituyen los bariones. La discusión por el momento se reduce a una introducción matemática a las propiedades del espín unitario.” Más adelante, gracias a una idea de Serber, en la primavera de 1963, Gell-Mann volvió a especular sobre la idea de que los quarks fueran partículas en un artículo publicado en febrero de 1964. Dicho artículo acaba afirmando que “sería divertido especular sobre si los quarks fueran partículas físicas con una masa finita (en lugar de entidades puramente matemáticas en el límite de masa infinita). [...] Una búsqueda de los quarks con carga -1/3 y 2/3 en los aceleradores más energéticos serviría para corroborar que no existen los quarks reales.” Cinco meses más tarde afirmaba Gell-Mann en otro artículo que “hemos construido una teoría matemática de partículas con interacción fuerte, que puede tener o no algo que ver con la realidad, hemos encontrado las relaciones algebraicas que cumple el modelo, hemos postulado su validez, y hemos expuesto el modelo resultante. Este proceso se parece a lo que se hace en la cocina francesa: se cocina un filete de faisán entre dos filetes de ternera y luego estos últimos se desechan.”

En una charla que Gell-Mann impartió en 1972 titulada “Quarks” presentó su modelo de “corrientes de quarks” mencionando solo de pasada los quarks como constituyentes de los hadrones: “la idea es que los hadrones se comportan como si estuvieran formados por quarks, pero los quarks no son reales. Los quarks violan las leyes estadísticas del espín luego no pueden ser partículas reales. [...] La idea de las “corrientes de quarks” es que los quarks son partículas ficticias que nunca serán descubiertas experimentalmente. [...] Los quarks son solo una construcción matemática útil para describir la fuerza fuerte y no tienen existencia independiente.” En octubre de 1972 todo cambió con el descubrimiento de la partícula ψ/J que convenció a todo el mundo de que la existencia de los quarks como partículas reales era obvia. En 1977 Feynman nominó al Premio Nobel a Gell-Mann (ya lo era) y a Zweig (ver figura más abajo). Los “ases” de Zweig ya eran parte integral del modelo estándar gracias a la idea de la carga de color (la cromodinámica cuántica).

3 Comentarios

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jorge luisjorge luis

oigan ta bien feo la historia, mucha sonsera y escriben un monto… !!!!q no pudieron resumirlo!!!!

marcomarco

jaja lo que es no saber leer xD… buen aporte al menos a mi si me servira bastante, gracias!

Jaime González R.Jaime González R.

La congruencia lógica no es suficiente para probar la existencia; pero apunta muy bien en que dirección buscar e ir diseñando los experimentos… como decimos en mi pueblo “para tener los pelos de la burra en la mano”. La consistencia y belleza de una teoría no son suficientes… tiene que predecir eventos para poder ser tomada en serio.

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