Los quirks propuestos en 1980 por L. B. Okun serían fermiones como los quarks que sufrirían una fuerza de infracolor SU′(3), en lugar de la fuerza de color SU(3). La última búsqueda de los quirks en el experimento DZero en el Tevatrón del Fermilab, tras analizar 2’4 /fb (inversos de femtobarn) de colisiones (del total ya acumulado de unos 8 /fb) no ha encontrado señales de la existencia de los quirks pero ha logrado un límite inferior para su masa, que debe ser mayor de (solo) 107 GeV/c². Puede sorprender que no hayan sido capaces de obtener un límite más alto, ya que la evidencia indirecta (rayos cósmicos, datos cosmológicos) indica que los quirks, si existen, deben tener una masa mayor de 500 GeV/c². Tras analizar los 8 /fb de colisiones el límite inferior para la masa de los quirks obtenido por DZero subirá, pero es difícil que llegue a superar los 350 GeV/c². Solo el LHC del CERN será capaz de explorar por encima de los 500 GeV en busca de los quirks. El artículo técnico que presenta este estudio, del que he extraído la figura que abre esta entrada, es V. Abazov et al. (DZero Collaboration), «Search for quirks at the Fermilab Tevatron Collider,» ArXiv, 20 Aug 2010 (submitted to Phys. Rev. Lett.). Permitidme algunas líneas sobre los quirks a modo de presentación.

Las simetrías (fuerzas) en el modelo estándar están descritas por el producto de grupos SU(3)_C×SU(2)_L×U(1)_Y. Las tres generaciones de parejas de quarks (u,d), (c,s), y (t,b) son las únicas partículas que perciben la fuerza fuerte descrita por la simetría de color SU(3)_C; los leptones (electrones y neutrinos) no la perciben. Una posible extensión del modelo estándar añade una nueva fuerza de color, sea SU(3)_I×SU(3)_C×SU(2)_L×U(1)_Y, que llamaremos fuerza de infracolor. Los quarks no perciben esta fuerza de infracolor pero podrían existir nuevas partículas, llamadas quirks, que sí la percibirían. Los quirks no perciben la fuerza de color, solo la de infracolor, pero se acoplan al resto del modelo estándar igual que los quarks, es decir, interaccionan con los leptones y cambian de sabor (generación) gracias a la fuerza electrodébil (la parte SU(2)_L×U(1)_Y del modelo estándar). Se usan las letras q y q para los quarks y antiquarks, y las letras Q y Q para los quirks y antiquirks. La existencia de los quirks y de la fuerza de infracolor se acomoda muy bien en ciertas teorías de gran unificación y en la teoría de cuerdas, pero tienen su interés independiente de ellas. Tanto en el Tevatrón del Fermilab como en el LHC del CERN se están llevando a cabo búsquedas de los quirks como parte de las búsquedas de física más allá del modelo estándar. Más información divulgativa sobre los quirks en Jester, «Quirks,» Resonaances, 3 February 2009. Para los que se atrevan con artículos técnicos, recomiendo Junhai Kang, Markus A. Luty, «Macroscopic Strings and «Quirks» at Colliders,» ArXiv, 29 May 2008. Si los quirks tienen una masa mayor de 500 GeV (el quark top, para comparar, tiene una masa de 172 GeV) entonces son compatibles con los datos cosmológicos y de rayos cósmicos actuales, como nos aclaran Shmuel Nussinov, Chen Jacoby, «Some Comments on the «Quirks» Scenario,» ArXiv, 28 Jul 2009.

Los quirks pueden parecer partículas más «exóticas» de lo razonable, pero no hay ninguna ley física que prohíba su existencia. Basta que los quirks tengan una masa muy alta comparada con la del quark top para que no dejen rastro alguno en la física que hemos explorado hasta ahora. Si existen y su masa lo permite podrían dejar dicho rastro en las colisiones de alta energía del LHC del CERN (que explorará por primera vez la escala de energías de los TeV, teraelectrónvoltion). Hay que recordar que se están buscando activamente un nuevo bosón Z, llamado Z’, que correspondería a un nuevo grupo U(1) en el modelo estándar, y nuevos bosones W, llamados W’, que corresponderían a un nuevo grupo SU(2). A quienes les parezca razonable que puedan existir el Z’ o los W’, les debería parecer igual de razonable que existan los quirks. 

Pueden existir una o varias generaciones de quirks y desde el punto de vista teórico el análisis de sus propiedades físicas es muy parecido al de los quarks. Gracias a ello, programas de simulación por ordenador de colisiones de partículas como PYTHIA incorporan en la actualidad a los quirks Q (igual que incorporan a los bosones Z’ y W’). Ello facilita el trabajo de los físicos experimentales que buscan a los quirks tanto en el Tevatrón como en el LHC del CERN.

¿Para qué sirven los quirks? Todas las ideas/propuesta teóricas deben «servir» para algo, sino para qué perder el tiempo con ellas. Los quirks han sido propuestos, por ejemplo, como candidatos a materia oscura (recomiendo la traducción de Kanijo, «Extrañas partículas podrían explicar la masa perdida del universo,» Ciencia Kanija, 02 Junio 2010). Los amantes de algo más técnico disfrutarán con Graham D. Kribs, Tuhin S. Roy, John Terning, Kathryn M. Zurek, «Quirky Composite Dark Matter,» ArXiv, 11 Sep 2009 (Phys. Rev. D 81: 095001, 2010). Por otro lado, si no se encuentra el bosón de Higgs con una masa menor de 800 GeV, una posible solución es suponer que el bosón de Higgs es una partícula compuesta de un par quirk-antiquirk (QQ). La matemática del modelo estándar sobre la ruptura de la simetría electrodébil cambia poco, como nos detallan Haiying Cai, Hsin-Chia Cheng, John Terning, «A Quirky Little Higgs Model,» ArXiv, 4 Dec 2008 (JHEP 0905:045, 2009).