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Un experimento de física de partículas ha aportado nuevas pistas sobre uno de los mecanismos fundamentales que permiten la existencia de la materia. El trabajo, desarrollado por la colaboración STAR y publicado en la revista científica Science, pone a prueba una hipótesis formulada hace alrededor de 50 años sobre el interior de protones y neutrones. Los resultados obligan a revisar una explicación que durante décadas parecía razonable sobre cómo se conserva una de las propiedades esenciales de estas partículas.
El problema gira alrededor del llamado número bariónico, una propiedad asociada a partículas como los protones y neutrones que resulta fundamental para distinguir la materia de la antimateria. Tradicionalmente, los físicos han considerado que este número estaba ligado principalmente a los tres quarks de valencia presentes en cada barión. Sin embargo, existía desde la década de 1970 otra posibilidad mucho más difícil de comprobar mediante experimentos.
Esta segunda propuesta sitúa el número bariónico en una estructura con forma de Y conocida como unión bariónica, formada dentro del campo de gluones. Los gluones son las partículas responsables de transmitir la interacción fuerte que mantiene unidos los quarks dentro de protones y neutrones. El problema era que los extremos de esa unión están conectados precisamente con los quarks, por lo que durante décadas ambas explicaciones producían resultados demasiado similares como para distinguirlas con claridad.
Una prueba con colisiones
Para separar ambas posibilidades, la colaboración STAR analizó diferentes colisiones generadas en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), instalado en el Brookhaven National Laboratory. Los investigadores estudiaron colisiones entre núcleos de rutenio y circonio y compararon el desplazamiento del número neto de bariones con el transporte de carga eléctrica. La clave reside en que los quarks de valencia poseen carga eléctrica, mientras que la unión bariónica no tiene carga.
Las mediciones mostraron que los bariones podían desplazarse más lejos a través de la región extremadamente energética generada por las colisiones que la propia carga eléctrica. El equipo también examinó colisiones fotonucleares con núcleos de oro, en las que los fotones ofrecen una forma especialmente limpia de estudiar el transporte del número bariónico. Tras comparar los datos con diferentes modelos computacionales, los investigadores señalaron: "Estos resultados, respaldados por datos comunicados anteriormente por STAR de colisiones Au+Au a distintas energías, desfavorecen la imagen de los quarks de valencia".
Los científicos subrayan que todavía no existe una medición directa y definitiva del mecanismo microscópico responsable, por lo que serán necesarios nuevos experimentos. Sin embargo, los resultados disponibles favorecen hasta ahora el modelo de la unión bariónica y el campo de gluones. El físico Wenliang Li señala que determinar si son los quarks o el campo gluónico los que transportan el número bariónico podría ayudar a comprender cómo la interacción fuerte organiza la materia estable y, además, aportar nuevas herramientas para investigar por qué el universo contiene mucha más materia que antimateria.
