Las constantes de acoplamiento y la unificación de las interacciones

Acoplamientos dependientes de la energía

El valor “oficial” medido de as is 0.119 ± 0.002. Es una medida de la intensidad de la interacción fuerte que liga a los quarks entre sí para formar partículas compuestas como los protones y neutrones. Para situarla en su contexto, la compararemos con las demás interacciones de la naturaleza. La gravedad, que es la interacción más familiar en la vida cotidiana, tiene una constante de acoplamiento cientos de millones de millones de millones de millones de millones de millones de veces menor. La interacción débil, responsable de la desintegración radiactiva beta y de los procesos productores de energía en las estrellas, tiene una constante de acoplamiento unas diez mil veces menor. Incluso la interacción electromagnética que mantiene unidos a los átomos y moléculas, trae la electricidad a nuestras casas y da a los electroimanes su impresionante fuerza es unas cien veces más débil que la interacción fuerte.

Acabamos de aprender que las constantes de acoplamiento de las interacciones son enormemente diferentes unas de otras. Es esta diferencia la que gobierna el comportamiento de nuestro Universo en la actualidad. La gravedad rige el comportamiento a gran escala, actuando con suavidad sobre todas las masas del universo. Mantiene a los planetas de nuestro sistema solar en órbita alrededor del sol. La interacción electromagnética mantiene a los electrones en órbita alrededor de los núcleos atómicos y gobierna el comportamiento de la materia a escalas atómicas y moleculares. Las interacciones fuerte y débil gobiernan el comportamiento de la materia a escalas aún menores; nuclear y subnuclear.

Puede parecer sorprendente, pero a pesar de las inmensas diferencias en la intensidad de las interacciones, los físicos creen que todas ellas son parte del mismo fenómeno. Descubrir un único sistema teórico que las describa a todas es el fin último de la física moderna. El hecho de que las constantes de acoplamiento no sean en absoluto constantes constituye una pista importante que indica que todas las interacciones podrían ser lo mismo. Las constantes varían con la energía del fenómeno en el que se miden. El valor de as dado más arriba sólo es válido a energías de unos 91 GeV, la masa de la partícula Z. De modo similar, el valor de la constante de acoplamiento para la interacción electromagnética se ha establecido en más o menos 1/137 estudiando fenómenos atómicos. Sin embargo, cuando se mide a las máximas energías del LEP, ¡su valor se incrementa hasta más o menos 1/128! Se dice que el valor de la constante de acoplamiento varía con la energía y a la propia constante se le llama “renormalizada”.

Las constantes de acoplmiento renormalizadas.

Los científicos creen que al ir alcanzando energías más y más altas (y consiguiendo resoluciones correspondientemente mayores) verán como los valores de las constantes de acoplamiento se acercan más y más. Piensan que a las energías propias del Big Bang todas las interacciones habrían tenido la misma intensidad y las interacciones individuales que nos son ahora familiares se habrían ido condensando a medida que el universo se expandía y enfriaba. A esto se le llama “unificación de las interacciones”.

Puede parecer una idea descabellada, pero ya se han conseguido algunos éxitos en el camino de la unificación. En la segunda mitad del siglo XIX, Maxwell unificó los aparentemente diferentes fenómenos de la electricidad y el magnetismo. Después, en los años 1970, los físicos consiguieron un marco teórico para la unificación del electro-magnetismo y la interacción débil.

La teoría final describiría la interacción primitiva de la que nació el Universo.