Esas maravillosas partículas – 9/22 – El tauón

En la serie Esas maravillosas partículas hemos hablado ya del electrón, el positrón, el protón, el neutrón, los quarks y el fotón, el neutrino y el “hermano pesado” del electrón, el muón. Hoy conoceremos al “hermano súper-pesado” del electrón - el tauón.

Antes de lanzarnos a conocer al tauón quiero hacer un inciso para que te sea más fácil relacionar los fermiones estudiados hasta ahora. Podríamos haberlo mencionado antes de empezar a hablar de cada partícula, pero creo que de este modo, introduciendo conceptos abstractos poco a poco y mezclándolos con las partículas, es más fácil asimilarlos - lo mismo hicimos ya con el concepto de antipartícula.

Existe un concepto de nombre desafortunado pero que es muy utilizado en física de partículas, denominado generación. El Modelo Estándar de partículas subatómicas divide a las partículas constituyentes de la materia (los fermiones) en tres de estas “generaciones”.

Digo que el nombre es confuso porque los fermiones de una generación no son “hijos” ni derivados de generaciones anteriores - lo único que diferencia una generación de la anterior es la masa. Las partículas de la primera generación son ligeras, las de la segunda generación son más pesadas y las de la tercera generación son las más pesadas de todas.

Para que haya partículas en distintas generaciones de la misma “dinastía” es necesario que sean idénticas en todas sus propiedades e interacciones (su carga, su color, las fuerzas que las afectan, etc.) excepto en la masa y, como consecuencia de ella, la estabilidad: las partículas de cada generación son menos estables que las de la generación anterior.

Por ejemplo, si recuerdas el artículo anterior, dijimos que el muón era prácticamente igual que el electrón, sólo que más pesado y menos estable. ¿Ves la relación entre ellos, en términos de “generaciones”? El electrón es un fermión de primera generación, y el muón, su hermano pesado, es la segunda generación. Hoy, si no lo conocías ya, vas a conocer a la tercera generación - el tauón.

Lo mismo ocurre con otras partículas que hemos estudiado, como los quarks: Los quarks up y downson la primera generación, los strange y charm la segunda, y los top y bottom la tercera generación.

¡Y lo mismo sucede con los neutrinos! El neutrino electrónico es el de primera generación, el neutrino muónico es el de segunda generación y el neutrino tauónico es el de tercera generación - todo encaja, cada neutrino en la generación de su leptón correspondiente.

Sin embargo, todo lo que puedes ver con los ojos (y casi todo lo que hay en el Universo) es de la primera generación - salvo los neutrinos, todas las partículas de las generaciones segunda y tercera son inestables. Cuanto mayor la generación, mayor la masa y por lo tanto la inestabilidad. ¿Recuerdas el muón y sus dos millonésimas de segundo de vida? ¡Espera a que conozcas la vida media de un tauón!

Por eso, los físicos ni siquiera están seguros de que no exista una cuarta generación de fermiones - es posible que exista, pero que el tiempo de vida de esas partículas sea inferior al que podemos detectar con los instrumentos de que disponemos. Podrían ser partículas que nacen y mueren antes de que el resto del Universo pueda darse cuenta de que existen. Además, esas partículas serían tan masivas que para generarlas harían falta colisiones de una energía gigantesca: los futuros aceleradores de partículas, desde luego, lo intentarán conseguir…pero tal vez no haya una cuarta generación.

En cualquier caso, centrémonos finalmente en la partícula de hoy, el tauón, también llamado leptón tau o partícula tau. Como hemos dicho antes, es el hermano de tercera generación del electrón, es decir, es un súper-súper-electrón (el muón era el súper-electrón, ¿recuerdas?) Igual que el muón tenía una masa de unas doscientas veces el electrón, el tauón tiene una masa que es unas 17 veces la de un muón, ¡unas 3.500 veces la del electrón! De hecho, un tauón es casi el doble de pesado que un protón.

El tauón es tan masivo que es el único leptón que puede desintegrarse en quarks. Por ejemplo, un tauón puede descomponerse en un antineutrino tauónico y un bosón W (del que aún no hemos hablado en la serie), que a su vez puede desintegrarse, entre otras cosas, en un quark down y uno anti-up (de modo que la carga total sea -1).

Pero, por otro lado, la vida del tauón es breve. Igual que la del muón era de unos dos microsegundos, la del tauón es de únicamente una tres décimas de billonésima de segundo…sí, sí: 0,0000000000003 segundos. No es fácil asimilar esto, ni hacerse una idea de cómo de pequeño es. Para hacerte una idea, es más o menos el tiempo que tarda la luz en atravesar el espesor de una hoja de árbol. Ésa es la fugacidad del tauón.

Por lo tanto, pasaron muchos años hasta que conseguimos ver uno - es posible que cuando tú nacieras no los conociéramos aún. En sus experimentos entre 1974 y 1979, Martin Lewis Perl y su equipo se dieron cuenta de que estaban detectando una partícula nueva - en las reacciones de desintegración que observaban entre dos electrones a gran energía hacía falta algo que no encajaba con nada de lo conocido hasta entonces…pero ese “algo” desaparecía rapidísimo, desintegrándose en otras partículas.

Las características de la partícula podían deducirse de las que la producían y las partículas en las que la “intrusa” se desintegraba, de modo que relativamente pronto se supo que debía tratarse necesariamente de una partícula masiva de carga -1.

En unos años se confirmó la presencia de la partícula nueva, aunque no fue fácil debido a su corta vida, a la que se denominó “partícula tau” o “tauón”, por la letra griega, copiando en cierto modo al muón. En poco tiempo se habían medido las propiedades más importantes del tauón. Perl recibió el Premio Nobel en 1995 por este descubrimiento.

Aquí puedes ver el diagrama con todas las partículas vistas en la serie hasta ahora, incluyendo en la leyenda una diferenciación de color para cada generación. Para tu información, hemos acabado de hablar de los fermiones del Modelo Estándar. ¿Verdad que, poco a poco y con diagrama, no parecen tantos?

Ya que lo hemos mencionado, en la próxima entrada de la serie hablaremos de los bosones W y Z, los responsables de la interacción débil.

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Pedro Gómez-Esteban González. (2009). El Tamiz. Recuperado de: https://eltamiz.com