Estudian el “pegamento” más fuerte del universo

El científico mexicano Jesús Guillermo Contreras Nuño, profesor invitado en la Facultad de Ciencias Nucleares e Ingeniería Física de la Universidad Técnica de Chequia en Praga, estudia el comportamiento de los gluones, los cuales permiten que los quarks se mantengan unidos y formen protones que, a su vez, generen los átomos que conforman todo lo que nos rodea e incluso a nosotros mismos.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el físico explicó que los átomos están formados por electrones y un núcleo; este último a pesar de tener un volumen miles de veces más pequeño que el átomo, tiene más de 99 por ciento de la masa de su átomo.

Los núcleos están formados por neutrones y protones, estos últimos con carga eléctrica positiva, explicó el miembro nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

Como los protones tienen cargas iguales se repelen, más cuando están cerca. Por lo tanto, los protones dentro de un núcleo atómico están sujetos a inmensas fuerzas electromagnéticas que intentan separarlos; sin embargo, no lo logran porque tanto los neutrones como los protones no son partículas elementales, es decir, están compuestos por otras partículas denominadas quarks.

“Estos quarks se mantienen unidos a través de la acción de los llamados gluones (del inglés glue, que significa pegamento). Los gluones son los portadores de la fuerza más fuerte que hemos descubierto, denominada fuerza fuerte”, explicó.

Cada quark puede llevar una de tres cargas de color diferentes. Cada una de estas tres cargas puede tomar valores positivos o negativos. (Como comparación, cada electrón puede llevar únicamente una carga eléctrica. Esta también puede tomar valores positivos o negativos.)

Hay varios tipos de quarks que se distinguen entre ellos por tener algunas propiedades diferentes (como su masa). A los diferentes tipos se les llama sabores (aunque no tienen nada que ver con el sentido del gusto), y tienen los siguientes nombres: arriba (u), abajo (d), extraño (s), encanto (c), fondo (b) y cima (t).

Hay muchos gluones dentro de cada protón o neutrón. Algunos pocos de estos gluones portan una fracción grande de la energía total del protón o del neutrón que habitan, mientras que hay muchos gluones que portan apenas una fracción «pequeñita» de esta energía.

“Uno podría imaginarse que el número de gluones en un núcleo es la suma de los gluones en cada uno de sus protones y neutrones, pero esto no es así. Los gluones, para cumplir con su labor de mantener unido el núcleo, viajan entre los protones y neutrones; asimismo interactúan con otros gluones”.

Al hecho de que la distribución de gluones de baja energía en el núcleo sea diferente a la de la suma de las distribuciones respectivas en protones y neutrones libres, se le llama gluon shadowing.

Lo que hace el investigador actualmente es estudiar este fenómeno a través de colisiones de núcleos de plomo en el experimento A Large Ion Collider Experiment (ALICE) del Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

“Mi proyecto de investigación actual se centra en medir las propiedades de span style=»font-style:italic»>shadowing y en buscar los primeros indicios experimentales de la saturación de gluones en el protón y en el núcleo de plomo”.

Lo que hace es estudiar colisiones luz-protón o luz-plomo usando colisiones protón-plomo o plomo-plomo, respectivamente, explicó el integrante de la Red Temática de Investigación de Física de Altas Energías del Conacyt.

“Tanto los protones como los núcleos de plomo son partículas eléctricamente cargadas por lo cual están rodeadas de un campo electromagnético; esto es, están rodeadas de fotones, o dicho de otro modo, rodeadas de luz. Al ser acelerados estos campos electromagnéticos pueden chocar con la partícula que se aproxima en la dirección opuesta, creando choques de luz con protones o con núcleos de plomo”.

Los procesos en los que la luz interacciona con el núcleo de plomo se llaman colisiones ultraperiféricas (UPC, por sus siglas en inglés) y nos permiten ver de manera muy clara la distribución de los gluones en el núcleo de plomo, indicó.

Resaltó que estudiarlo es importante para conocernos mejor, ya que todo lo que nos rodea como los árboles, las estrellas, inclusive nuestro cuerpo está constituido de núcleos atómicos.

“Casi el 100 por ciento de nuestra masa proviene de ahí. Pero la masa de los núcleos atómicos, la masa del protón y del neutrón, surge de la interacción de los gluones dentro de ellos. Entender cuántos de estos gluones tenemos, cómo interactúan, es una forma de conocernos mejor. Esto es válido para todo lo que esté hecho de protones y neutrones. Como las estrellas o el universo mismo. De hecho, el modelo del Big Bang predice que en los primeros instantes del universo este estaba dominado por un plasma de quarks y gluones. Así que entender los gluones nos lleva a comprender un poco mejor cómo era el universo cuando era bebé”, explicó.

Para realizar estos experimentos complejos se ha desarrollado tecnología de muchos ramos y que actualmente tiene muchos usos en la vida cotidiana de los seres humanos, señaló el investigador miembro de la Red Temática Mexicana Científica y Tecnológica para ALICE-LHC.

Detalló que algunos de esos desarrollos tecnológicos creados en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) es el famoso WWW que se desarrolló para hacer posible la colaboración eficiente de científicos de diferentes países.

También se ha desarrollado tecnología de detectores de silicio, la cual ahora se aplica en la medicina. Y así como estos tres ejemplos, hay otras innovaciones que surgieron para estudiar el origen del universo pero que ahora se aplican a la vida diaria de las personas, subrayó el investigador mexicano.

Fuente: CONACYT.