La nueva ronda de experimentos del acelerador LHC arrancó en 2015 buscando partículas en los límites de la física teórica. Y durante el pasado verano, el laboratorio europeo de física de partículas CERN anunció el descubrimiento del pentaquark, una nueva y exótica partícula cazada con los datos obtenidos en la primera ronda del LHC (2010-1013), cuya existencia ya fue predicha hace más de 50 años por Murray Gell-Mann (1929 – 2019).

En 1964 Gell-Mann resolvió el complejo puzle de las partículas subatómicas con su modelo estándar, que le valió el premio Nobel de Física en 1969. Con él explicaba la naturaleza de las partículas entonces conocidas y apuntaba la posibilidad de partículas más complejas y exóticas, como la recién descubierta. Desde entonces, el pentaquark era solo una hipótesis. Pero ahora que ya parece una realidad, los científicos confían en que su estudio permita entender mejor las estrellas de neutrones y la interacción nuclear fuerte (una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza).

De momento, el pentaquark es ya la nueva pieza del rompecabezas de Gell-Mann. «En los años 50 se detectaron muchas partículas nuevas que nadie sabía como clasificar y mi único deseo era resolver aquel puzle», explicó una vez el físico, que cumplió 86 años el pasado 15 de septiembre. Murray Gell-Mann quería poner orden en el zoo de partículas subatómicas que los físicos descubrieron después de romper el átomo.

En este contexto, “quark” es una onomatopeya que representa el graznido de una gaviota. Eso encaja perfectamente con lo que Gell-Mann buscaba: una palabra sin sentido ni ortografía definida. Además, el número tres del texto de Joyce encajaba con que los quarks se agrupan de tres en tres para formar bariones (como los protones y neutrones).

En los años siguientes, cientos de nuevas formas de materia sembraron un excitante desconcierto entre los científicos. Pero cuando el físico judío comenzó a plantear su modelo, se tuvo que enfrentar a muchas reticencias y su sugerencia de que los protones y los neutrones debían estar compuestas por un nuevo tipo de partículas, a las que llamó quarks, no gustó a todos.

‘QUARKS’, UNAS PARTÍCULAS AÚN MÁS ELEMENTALES

Había tres motivos fundamentales que hacían recelar a algunos de las nuevas partículas propuestas por Gell-Mann. Por un lado, se creía que los protones y los neutrones eran partículas elementales, es decir, que no estaban compuestas por otras partículas más pequeñas. Por otro lado, los quarks están permanentemente atrapados dentro de otras partículas y no se pueden encontrar en solitario. Y, por último, todo el mundo creía que la carga eléctrica debía ser entera, los electrones tienen carga -1 y los protones +1, mientras que los quarks debían tener cargas fraccionarias (1/3, 2/3, etc.).

Sin embargo, Murray demostró que tenía razón y gracias a su trabajo, y el de otros muchos investigadores, se pudo desarrollar lo que hoy se conoce como modelo estándar de partículas. Gracias a esta teoría, no solo se consiguió clasificar y ordenar todas aquellas nuevas partículas, sino que se estableció un marco que predecía qué partículas podían existir, de entre todas las combinaciones que se podían realizar con los seis tipos de quarks que establecía la teoría. Gell-Mann no solo había resuelto el puzle, sino que lo había hecho sin necesidad de contar con todas la piezas y haciendo una predicción de las piezas que aún faltaban.

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