miércoles, 16 de abril de 2014

Átomos divisibles y quarks confinados

El saber occidental comenzó en el s. VII a.C. cuando algunos no sólo se preguntaron de qué está compuesto el cosmos, sino que aventuraron la idea de que debe existir un principio último (arjé) a partir de lo cual todo lo demás se constituye. Las respuestas proliferaron, reiterando así la fascinante novedad de la pregunta. Unos defendían que ese principio último era el agua (Tales), o el aire (Anaxímenes), o incluso una suma de cuatro elementos (Empédocles). Desde que a los extravagantes Leucipo y Demócrito se les ocurriera, allá por el s. V-IV a.C., la no menos extravagante idea de que ese principio último del que estaba constituida la materia eran los átomos [del griego "a-tomos" = no-divisible], se tuvo que lidiar con la idea de que si los átomos son lo que existe, son lo que es, son el ser, entonces allí por dónde se mueven los átomos tenemos el no-ser. Los átomos se mueven entonces por el no-ser, por el vacío. A otros muchos griegos de esa época la idea de que hubiera un no-ser les parecía no sólo extravagante sino contradictoria e irreal, puesto que sería como aceptar que el no-ser es, lo que resultaría a todas luces contradictorio. Por eso, para los sabios griegos (Parménides, Platón, Aristóteles) con toda rotundidad el no-ser no es; o, dicho de otro modo, no es posible que el no-ser sea. Por tanto, no hay vacío posible. Aquí está el sostén del horror vacui latino. El rechazo de la extravagancia de Demócrito, además de otras razones, hizo que la idea del átomo no fraguara en el pensamiento occidental hasta  probablemente los s. XV y XVI cuando se empezaron a poner en cuestión las predominantes ideas aristotélicas que venían de la mano de Sto. Tomás de Aquino. En el siglo XVII Pascal ya criticaba con fuerza la idea del horror vacui preguntando irónicamente, a la vista de las diferentes medidas de su barómetro, aquello de si alguién le podía explicar por qué la naturaleza tenía más o menos horror al vacío en Paris que en Chamonix. Así que nos quedamos con el atomismo. Hay átomos.
Otro asunto divertido es que una vez aceptado el atomismo, y dejando de lado la cuestión de qué es lo que hay allí dónde no hay átomos, la física nuclear del s. XX se ha encargado de demostrar que el átomo (indivisible) puede dividirse en partículas más pequeñas. Es por tanto un atomismo en el que se divide lo indivisible. Un atomismo que defiende que no hay átomos, esto es, que hay átomos pero que son divisibles. Es algo así como decir que hay indivibles divisibles. No deja de ser divertido. Lo que está claro es que el término "átomo" ya no significa lo mismo que en la Grecia clásica.
Pues bien, desde que pensamos que los átomos están hechos de partes más pequeñas, en los últimos 50 años no hemos parado de ver que esas partes tienen otras partes. Álvaro de Rújula lo explica admirablemente del siguiente modo:
  • Ahora enseñan en la escuela que estamos hechos de moléculas, compuestas por átomos. Estos están constituidos por electrones y un núcleo con protones y neutrones. A diferencia de los electrones —que si tienen partes, no lo sabemos—, los protones y neutrones están hechos de quarks up (u) y down (d). El protón es la combinación uud y el neutrón, udd. Cada quark tiene su correspondiente partícula de antimateria: un antiquark. Y también existen partículas hechas de un quark y un antiquark.
La idea de la materia y la antimateria casi nos hace recordar aquello de que el no-ser es. Pero no mezclemos asuntos y consideremos que tanto materia como antimateria, tanto quarks como antiquarks son.
Ahora bien, la cuestión no es nada sencilla, porque parece que una propiedad de los quarks es su confinamiento. Es decir, que las partes subatómicas [curioso que sean partes sub-indivisibles si traducimos del griego original], tienen la peculiaridad de que están constituidas por unas partes pero que cuando las partimos no se parten en sus partes sino en otras partes diferentes. Rújula lo explica mejor:
  • Si uno intenta romper un protón, no se rompe en dos quarks u y un d, sino que se crea un par quark-antiquark, y uno obtiene, por ejemplo, un neutrón y otra partícula compuesta de un u y un anti-d. ¡Hay cosas que tienen partes, pero cuando las partes, no se parten en sus partes! Esta peculiaridad de los quarks es el confinamiento. Un quark está o indisolublemente ligado a su pareja (un antiquark), o forma parte, como en el protón, de un ménage à trois.
Como en los tiempos de Tales, Anaxímenes y Demócrito, los científicos de hoy siguen lanzando teorías. Sigue teniendo importancia aquella pregunta acerca de si hay en el cosmos ese principio último (arjé) del que hablaban aquellos primeros sabios griegos. Es la misma búsqueda que hoy hace que andemos tras la comprensión del confinamiento de los quarks. La diferencia es que hoy el Clay Institute ofrece un millón de dólares para quien lo consiga explicar.