DESINTEGRACION PROTONICA
El modelo SU(5), además de aportar un cuadro conceptual definido de las distancias microscópicas, consideraba que el protón era inestable y tenía que desintegrarse. Los teóricos centrados en el estudio de la SU(5), calcularon la vida media del protón en función de otras cantidades ya conocidas y calcularon que tardaba 1030 años en desintegrarse en un positrón y un pión neutro. Pero además, se trata de un tiempo cósmico lo suficientemente largo como para asegurar la presencia de átomos en nuestro universo contemporáneo, pero demasiado breve para las posibilidades de medición de los actuales laboratorios.
En la época en que los teóricos hacían esta predicción, los físicos experimentales sabían que la vida del protón excedía los 1029 años. Es decir, la predicción del modelo SU(5) de 1030 coincidía con las observaciones realizadas. Los físicos teóricos y las nuevas GUT's desafiaron así a los físicos experimentales a perfeccionar sus observaciones sobre la posible desintegración protónica para comprobar la predicción.
En una especie de euforia de competencia internacional, varios laboratorios concentraron importantes recursos tras la consecución de «ver» un protón desintegrado. Bastaba que uno de ellos fuera hallado en un estado de desintegración para confirmar las predicciones de la teoría. Ha transcurrido un prolongado tiempo, pero nada, no ocurre nada. Los protones no quieren saber nada con los cazadores.
Localizar protones en proceso de desintegración no es un experimento de física de alta energía que pueda hacerse en uno de los aceleradores gigantes. Lo que hace falta es, más bien, observar cuidadosamente un volumen de materia muy grande, cuanto más mejor, para ver si se desintegra algún protón aislado de esa materia. La búsqueda de la desintegración protónica sirve como ejemplo de un tipo distinto de experimento, realizado para comprobar las leyes fundamentales de la física, un experimento que se desvía de los experimentos de alta energía hacia los de muy baja energía y gran volumen. Los laboratorios construidos para detectar la desintegración de los protones son los que grabaron el "flash" de neutrinos proveniente de la supernova de la Gran Nube de Magallanes, la mañana del 23 de febrero de 1987.
Pero ¿por el hecho de que no se hallan visto protones desintegrados, hay que desechar la teoría? No necesariamente, pero sí hay que corregirla bastante en la medida que se vayan produciendo argumentos importantes. El hecho de que se hayan obtenido, hasta ahora, resultados negativos, no implica la estabilidad absoluta del protón; sólo que su duración de vida no es aquella que la teoría suponía. Ciertamente, supera los 1031 años.
Ya he puesto de manifiesto la importancia de las predicciones confirmadas por las experiencias, puesto que aportan un apoyo considerable a la viabilidad de las teorías. Aquí, nos encontramos sobre un caso distinto; tenemos un contraejemplo: la experiencia no ha dado evidencias sobre lo propugnado por la teoría.
Lo anteriormente descrito, no implica un cuestionamiento para el Big Bang, ni para el conjunto de la física de partículas. Sólo una formulación particular de las GUT's. Otras formulaciones distintas asignan al protón vida más larga, pero que sería casi inútil pensar alguna vez en probarlo. ¿Cómo pueden albergar los físicos experimentales la esperanza de poner límites al periodo de vida de algo que supera el periodo de vida del universo en diez trillones de años?
Maurice Goldhaber, físico del Laboratorio Nacional de Brookhaven, que ha dedicado mucho tiempo al estudio de la posible desintegración protónica, comentaba en cierta ocasión que «sabemos por nuestros huesos» que la vida media del protón excede los 1016 años. El cuerpo humano contiene unos 1028 protones; si la vida del protón durase menos de 1016 años, ocurrirían a 30.000 desintegraciones por segundo y nuestro propio organismo sería radiactivamente peligroso para la salud. Como indica este cálculo aproximado, podrían hallarse límites más rigurosos a la vida protónica utilizando un volumen con más protones que nuestro organismo y un mejor sistema de detección que nuestro estado de salud.
Afortunadamente, hay muchos protones. Según la teoría cuántica, los protones, si es que se desintegran, deben desintegrarse al azar. Esto quiere decir que si los físicos observan un número suficiente de protones, el período de vida protónica en años es igual al número total de protones observados, dividido por el número de desintegraciones protónicas observadas a lo largo de un año. Por tanto, el mayor inconveniente que plantea el cálculo de la vida protónica son nuestras limitaciones en cuanto al número total de protones que pueden observarse detenidamente y a la eficacia detectora para localizar en concreto la desintegración protónica, si es que se produce.
Para reducir al mínimo los fenómenos de fondo ocasionados por los rayos cósmicos (que podrían confundirse con la desintegración protónica), y aumentar la eficacia detectora, los físicos realizan experimentos en emplazamientos subterráneos. Estos experimentos se están llevando a cabo en inmensas piscinas con grandes volúmenes de agua, que permiten la existencia de sensibles detectores fotocelulares capaces de diferenciar los supuestos productos de una sola desintegración protónica (un pión neutro p° y un positrón e+) de todas las demás que puedan producirse en el agua. Hasta la fecha, no se han observado ninguna desintegración y que el periodo de vida protónica dentro del modelo de desintegración p° + e+ ha de exceder, por tanto, los 1031 años. Lo anterior, fue lo que trajo más cuestionamientos para el modelo de la GUT SU (5) más simple o «mínimo», que calculaba el período de vida protónica en 1030 años lo que, al margen de otras debilidades, implica que es erróneo. Fue una decepción para muchos, sobre todo para los teóricos. Pero, pese a tal decepción, se sigue trabajando en la idea de descubrir una sola fuerza unificadora.
Si alguna vez se logra la observación de la desintegración protónica, será sumamente interesante. Los físicos podrían obtener, estudiando la desintegración, información más detallada, muy útil para determinar qué modelo describiría la naturaleza con mejor precisión, si es que alguno lo hace. Aunque parezca extraño, las piscinas en las profundidades de una mina pueden aportar datos sobre el origen del universo.
© 2015 Javier de Lucas