Hace 55 años que se observó en el laboratorio por primera vez a los diminutos componentes de los protones y neutrones. Hoy los conocemos con el singular nombre de quark y celebramos 60 años desde que se propusiera su existencia en 1964.
La palabra quark está ya en el habla cotidiana, pero no ha dejado de ser un concepto extraño con el que la gente se siente incómoda. Sin embargo, el tiempo transcurrido desde que se comenzó a pensar en ellos es suficiente como para que tengamos en los quarks un ejemplo de cómo se despliegan las tres vertientes del impacto que la ciencia en general y la física en particular tiene en la sociedad.
La primera vertiente es la más inmediata; se refiere a los beneficios derivados de su búsqueda, exploración y estudio. Fue en octubre de 1969 que físicos del laboratorio SLAC (Stanford Linear Accelerator) en la bahía de San Francisco, Estados Unidos, publicaron un par de trabajos donde reportaban estar observando una estructura interna en los protones que hasta entonces pensábamos eran elementales. El acelerador que funcionó como un gigantesco microscopio al hacer chocar electrones contra los núcleos de hidrógeno —es decir, protones— observó cómo estos se dispersaban revelando la presencia de tres componentes a los que se llamaría quarks.
Poco tiempo después se modificó la máquina aceleradora para que los electrones y sus antipartículas, los positrones, tomaran un trayecto circular antes de chocar, logrando así una energía mayor en la colisión. Este ingenioso procedimiento permitió descubrir al quark “encanto”, conocido entre los físicos como quark “c” por su inicial en inglés: charm. También se vería ahí al taón, una partícula parecida al electrón, pero considerablemente más pesado que éste. De manera que en poco tiempo el laboratorio SLAC anunció hallazgos que le valieron tres premios Nobel en Física: uno en 1990 por el descubrimiento de los quarks en 1969, otro en 1976 por el descubrimiento del quark encanto en 1974 y un premio Nobel más en 1995 por el descubrimiento del taón en 1975.
El haber curvado la trayectoria de los electrones para que recorrieran un arco antes de chocar ocasionó que se generara allí luz de sincrotrón. Esta radiación de rayos X es penetrante e intensa, aparece en aceleradores de partículas circulares como un efecto indeseable que resta energía a los haces de partículas cargadas.
Por sus propiedades, la luz de sincrotrón es muy interesante para el análisis químico y biológico, de manera que rápidamente fue aprovechada por Roger Kornberg que estaba muy interesado en obtener la estructura molecular del complejo enzimático polimerasa ARN. Kornberg llevó al laboratorio SLAC sus muestras de ARN polimerasa de la levadura. La molécula es clave en el proceso de transcripción. Esta molécula acelera la producción de una cadena nueva a partir de una existente de manera que transcribe información del ADN. Kornberg consiguió elaborar una imagen tridimensional de la enzima y ese trabajo le valió el premio Nobel de Química en 2006.
Con ese trabajo pionero del uso de la luz de sincrotrón en la química y biología el laboratorio SLAC comenzó una serie de investigaciones que llevarían a descifrar la estructura molecular de la neuraminidasa que se encuentra en la espiga del virus de la influenza H1N5 y como desarrollo subsecuente se produjo el Oseltamivir conocido comercialmente como Tamiflu. Este profármaco sería ampliamente utilizado durante la crisis de salud provocada por el H1N1.
La manera como los gobiernos enfrentaron la pandemia de 2009 provenía de un desarrollo que había comenzado con la búsqueda de los quarks. El camino estaría ya trazado en los años por venir, de manera que cuando el covid apareció se contaba ya con la experiencia necesaria. Las moléculas relevantes fueron nuevamente descifradas en aceleradores de partículas y el desarrollo de la vacuna tendrá a los quarks como parte de su historia.
La segunda vertiente de las tres que se manifiestan generando beneficios sociales del conocimiento científico básico es aquel que proviene del objeto de estudio. Los quarks, como concepto para entender la estructura nuclear, también comienza a producir aplicaciones per se. Los relojes nucleares están por llegar. La transición en el núcleo del elemento químico Torio 229 permite pensar que los protones, ligados por la fuerza residual fuerte que proviene de los quarks, pueden ser estimulados con luz láser. Esto permitirá pronto controlar la emisión correspondiente y usarla para medir el tiempo con precisión inédita. Los relojes nucleares que harán uso de la Fuerza Fuerte serán un avance de la tecnología que proviene de nuestro conocimiento de la interacción que opera en los núcleos de los átomos y que es protagonizada por los quarks.
Finalmente, la tercera vertiente es quizá la más importante de las tres. El concepto de quark nos da una visión de las cosas. Hoy entendemos que todo lo que nos rodea está formado por esos diminutos corpúsculos y esa visión unificadora de los fenómenos naturales es profunda y de largo alcance. Nos explica cómo era el universo temprano, y nos presenta una imagen de lo que ocurre en el centro de las estrellas. El estudio de los quarks nos ha dejado un cuadro muy completo de la realidad y nos plantea también misterios por descubrir.
AQ