Como un atómo de oro

Después de 17 años, desde el descubrimiento en 1977 del quark bottom, tratando de encontrar este esquivo quark en diferentes experimentos de física de partículas, la colaboración de físicos que integra el experimento CDF del laboratorio Fermilab, de Chicago, ha anunciado la existencia de las primeras evidencias directas de producción del quark top. Es el último de los constituyentes fundamentales de la naturaleza predicho por el Modelo Estándar que aún no había sido observado. El modelo estándar es la teoría actual que mejor describe la composición y comportamiento de la materia del universo. Toda la materia existente puede explicarse hoy como una combinación de 12 constituyentes básicos (seis quarks y seis leptones) que interaccionan entre sí mediante tres fuerzas (la gravitatoria, la nuclear fuerte y la electrodébil).Muchas de las predicciones del modelo estándar se han confirmado con un éxito notable en las últimas décadas, debido al esfuerzo combinado de los físicos en Europa y Estados Unidos y al avance de la tecnología de aceleradores y detectores. El acelerador de partículas de Fermilab (Tevatron) es el de mayor energía de los existentes en el mundo y el único capaz, por el momento, de producir el quark top.

En el Tevatron, don de haces de protones y antiprotones colisionan a muy alta energía -1.8 TeV (equivalente a 1.800 veces la masa del protón)- el quark top se espera que se produzca por pares. Cada quark top se desintegra inmediatamente en un quark bottom y un boson W, uno de los bosones portadores de la fuerza débil. Así, si este quark se crea, los productos de la colisión protón antiprotón observados tendrán la característica singular de contener dos bosones W y dos quarks bottom.

Durante el período de agosto de 1992 a mayo de 1993 recogimos en CDF 16 millones de colisiones protón antiprotón de las que, tras nueve meses de análisis, conseguimos aislar una docena de ellas que tienen las características mencionadas y que admiten interpretarse como producción del quark top, midiéndose una masa para el quark de 174 GeV, con una incertidumbre de 17 GeV.

El quark top es el constituyente más pesado de los observados hasta ahora. Es casi tan pesado como un átomo de oro. Es esta característica la que lo hace especialmente interesante y a la vez tan difícil de producir y observar. Su estudio puede permitir una mejor comprensión del proceso por el cual los objetos adquieren masa, que constituye uno de los retos más importantes de la física actual todavía sin resolver.

La posibilidad de que esta docena de colisiones, una muestra relativamente pequeña, no sea debida a la producción de quark top, si bien es poco probable (0,26%), no puede decartarse totalmente. El trabajo en Fermilab no ha finalizado; en los próximos meses esperamos recoger un número hasta 10 veces mayor de colisiones protón antiprotón que nos permitirán confirmar la existencia del top y medir muchas de sus características.