Quarks

MODELO DE LOS QUARKS
En física de partículas, los quarks, o cuarks1 , junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia. Varias especies de quarks se combinan de manera específica para formar partículas tales como protones y neutrones.
Los quarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales ( interacción nuclear fuerte,interacción nuclear débil, interacción electromagnética e interacción gravitatoria).
La noción de quark teórica nace del intento de clasificar a los hadrones, ahora explicados gracias al modelo de quarks. Murray Gell-Mann y Kazuhiko Nishijima realizaron esa clasificación de manera independiente en 1964.
El descubrimiento en los 60, a través de experimentos cada vez mas energéticos, de cientos deresonancias hadronicas con números cuánticos especıficos : espín, isospín, extrañeza, numero bariónico, hizo necesario encontrar una forma “ordenada” de clasificar todas estas partículas. Algunas propiedades de las mismas, como sus elevados momentos magnéticos anómalos, constituían una evidencia clara de su estructura compleja. Debían existir, constituyentes mas fundamentales, a partir de loscuales, sería posible formar todos los hadrones conocidos.
El esquema de clasificación, propuesto a principios de los 60 por M. Gell-Mann y Y. Neeman, se basaba en la existencia de un grupo de simetrıa interna: SU(3). Estas transformaciones de simetría tenían su fundamento en la independencia de carga de la interacción fuerte (isospín) [grupo SU(2)], y por otra parte, la conservación de la extrañeza.El grupo de transformaciones apropiado para la simetría de isospín y extrañeza es el SU(3).
Las diversas representaciones de SU(3) (multipletes), cada una con valores bien definidos de los números cuánticos, podían explicar cómo se agrupaban los hadrones. Incluso, permitió predecir un nuevo hadron necesario para completar el decuplete (10) bariónico de espín 3/2: partícula Ω.
El Modelo EstándarDesde los años sesenta, los físicos han buscado una teoría para poner orden en el confuso mundo de las partículas. En la actualidad, las partículas se agrupan según la fuerza que domina sus interacciones, tal y como se indico en el epígrafe dos. Todas las partículas se ven afectadas por la gravedad, que sin embargo es extremadamente débil a escala subatómica. Los hadrones están sometidos ala fuerza nuclear fuerte y al electromagnetismo; además del neutrón y el protón, incluyen los hiperones y mesones. Los leptones "sienten" las fuerzas electromagnética y nuclear débil; incluyen el electrón, el muón, el tau, y los neutrinos asociados a cada uno de ellos. Las partículas que son responsables de las interacciones (como ya se ha comentado son siempre bosones) incluyen el fotón, que"transmite" la fuerza electromagnética, las partículas W y Z, portadoras de la fuerza nuclear débil, el gluón, portador de la fuerza nuclear fuerte, y el hipotético portador de la gravitación (gravitón). Además, los estudios con aceleradores han determinado que por cada partícula existe una antipartícula con la misma masa, cuya carga u otra propiedad electromagnética tiene signo opuesto a la de lapartícula correspondiente. Con éstas se supone que se podrían formas átomos de lo denominado antimateria
Modelo de quarks: constituyentes de los hadrones
Representaciones ocupadas de SU(3) =⇒ combinaciones de quarks:
• Par quark-antiquark =⇒ multipletes mesónicos
• Tres quarks =⇒ multipletes bariónicos
Los quarks son estados propios de I3 e Y. Por tanto, los numeros cuanticos que los caracterizanson los siguientes:
Quark q Espín Carga I I3 S B
Up u 1/2 +2/3 1/2 +1/2 0 1/3
Down d 1/2 -1/3 1/2 -1/2 0 1/3
Strange s 1/2 -1/3 0 0 -1 1/3
• Mesones: sistemas quark-antiquark = ⇒ B = 0
• Bariones (antibariones): sistemas de tres quarks (antiquarks) = ⇒ B = 1 (B = −1)
• Extrañeza de los hadrones: numero de antiquarks s (S =...