Un reto inesperado para la visión clásica de los quarks

Durante décadas, la comunidad de física de partículas ha aceptado que el número bariónico, esa constante que garantiza que cada protón y cada neutrón cuente como una unidad indivisible, está repartido entre los tres quarks que los componen. Cada quark aportaría un tercio de ese valor, manteniendo la conservación de la materia desde los instantes posteriores al Big Bang. Sin embargo, un grupo de investigadores del acelerador RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) en Estados Unidos ha puesto en tela de juicio esta idea tan arraigada, reviviendo una propuesta de los años setenta que sugiere que el número bariónico podría estar alojado en una estructura totalmente distinta: un nudo en forma de Y formado por gluones.

¿Qué son los gluones y por qué podrían ser los portadores?

Los gluones son las partículas mediadoras de la fuerza fuerte, la que mantiene unidos a los quarks dentro de los protones y neutrones. A diferencia de los quarks, los gluones no poseen carga eléctrica y, según la teoría del nudo Y, podrían entrelazarse creando una configuración topológica que almacene el número bariónico completo por sí sola. Esta hipótesis implica que, tras una colisión de núcleos pesados, la cantidad de materia que queda en el centro del choque revelaría cuál de los dos modelos es el correcto.

Experimentos con núcleos de oro, rutenio y circonio

Para poner a prueba la teoría, los científicos observaron colisiones entre núcleos de oro, donde un fotón de una de las núcleas impacta a la otra. Los resultados mostraron una cantidad de materia residual mayor de lo que la teoría basada exclusivamente en quarks permitiría. Posteriormente, se realizaron experimentos con núcleos de rutenio y circonio, dos elementos con el mismo número total de nucleones pero con una diferencia de cuatro protones. Esta diferencia permitió medir por separado la carga eléctrica y la masa que quedaban en el punto de colisión.

Si los quarks fueran los únicos portadores del número bariónico, la relación entre carga y masa debería ser idéntica (un cociente de 1). En cambio, tras analizar más de dos mil millones de colisiones por tipo de núcleo, los investigadores encontraron una razón de 1,84 en los choques más frontales, lo que contradice claramente la predicción quark‑centrada.

Limitaciones y el camino a seguir

Aunque estos hallazgos hacen que la teoría del nudo Y sea más plausible, no constituyen una prueba definitiva. La detección directa del nudo sigue siendo imposible con la tecnología actual; los neutrones, por ejemplo, no pueden ser medidos directamente y su número se estima a partir de otras partículas. Por ello, los científicos esperan que futuros experimentos en otras instalaciones, como el CEBAF en Estados Unidos, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Ginebra y la próxima Electron‑Ion Collider, ofrezcan datos más precisos que permitan confirmar o descartar la existencia de este intrigante nudo de gluones.

En última instancia, la cuestión de dónde se almacena el número bariónico podría redefinir nuestra comprensión de la materia y de las fuerzas que la mantienen cohesionada. Mientras tanto, la comunidad sigue observando con atención los resultados que emerjan de los próximos experimentos de alta energía.

Source: https://scientias.nl/quarks-krijgen-concurrentie-zit-de-kern-van-materie-in-een-y-vormige-knoop/