¿Partículas con carga fraccionaria? ¿Dónde?

Los quarks tienen cargas fraccionarias ±e/3 y ±2e/3. Pero la fuerza que los une formando los hadrones es tan fuerte que los quarks no pueden encontrarse como partículas libres. Y tampoco se ha visto hasta la fecha ninguna otra partícula con una carga fraccionaria.

No obstante, no existe ningún impedimento teórico obvio para la existencia de partículas libres con carga fraccionaria, mientras sean inmunes a la fuerza nuclear fuerte. En realidad, algunas extensiones del modelo estándar de la teoría de partículas anticipan la existencia de partículas masivas con cargas fraccionarias (FCHAMPs por sus siglas en inglés) sin interacciones fuertes.

Estas extensiones predicen, en función de las supuestas masa y carga de la FCHAMP, el ritmo de producción de pares de FCHAMPs de cargas opuestas en colisiones entre protones de alta energía. La marca distintiva de una FCHAMP sería su pérdida de energía anormalmente baja mediante la ionización de los materiales del detector.

Sin embargo, la colaboración que dirige el gigantesco detector CMS (mostrado en la foto) del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN no ha encontrado señales de producción de FCHAMPs en los restos de casi 10¹⁴ colisiones p-p durante el año 2011. Cuanto más masiva es la FCHAMP, menor debería ser su ritmo de producción. Dado el resultado nulo, la colaboración asigna un límite inferior a la masa (con un 95% de confianza) de unas 400 masas de protón (m_p) si las cargas de la FCHAMP son ±2e/3, y de 260 m_p si son ±e/3.

Detector CMS del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN.
[Foto original de Domenico Salvagnin de Legnaro (Italia).]

En realidad, las teorías que se tienen en cuenta no limitan las cargas fraccionarias a esos valores (±e/3 y ±2e/3), pero el ritmo de producción aumentaría al aumentar la carga. ¿Será posible algún día encontrar un quark suelto viajando por el espacio? ¿Qué nuevas implicaciones tendría sobre nuestro conocimiento del universo? Solo el tiempo lo dirá.
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Fuente:
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/66/1/10.1063/PT.3.1844