Quarkse

Resumen
El objetivo de este trabajo es presentar, conceptualmente, la Física de los Quarks como
un asunto accesible y motivador que ilustra, de manera inequívoca, la relación entre teoría y
experimentación en Física. Se cuenta la historia de los quarks y se utiliza esa historia para que
sirva de ejemplo de cuestiones epistemológicas. A lo largo de este trabajo, en ningún
momento se hace uso deimágenes de partículas elementales porque se cree que, en esa área
de la Física, las imágenes solamente refuerzan obstáculos representacionales mentales que,
prácticamente, impiden el aprendizaje significativo.
Palabras-clave: Física de los quarks, epistemología, enseñanza de Física.

Introducción
Por lo que sabemos hoy, leptones y quarks son las partículas fundamentales que
constituyen lamateria.
Leptones son partículas de espín 2 1 2 , sin color 3 , que pueden tener carga eléctrica o no
(neutrinos). El electrón es el leptón más familiar. Los demás leptones son el muón, el tau y
los tres neutrinos (neutrino del electrón, neutrino del muón y neutrino del tau). Serían,

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Publicado en la Revista Brasileira de Ensino de Física, 29(2):1-13, 2007.
Espín es el momentum angular intrínseco deuna partícula. El espín de las partículas elementales es siempre un
número entero (0, 1, 2, 3,...) o medio entero ( 1 2 , 3 2 , 5 2 ,...) de h ( h 2π donde h ≅ 6,6.10-34 J.s es la llamada
constante de Planck).
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Color es una propiedad de la materia, así como la carga eléctrica también es una propiedad de la materia. No
tiene nada que ver con el significado de color en Óptica o en el cotidiano.Algunas partículas tienen esa
propiedad, otras no. Los leptones no tienen color, son "blancos".
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entonces, seis los leptones, pero para cada uno de ellos existe un anti-leptón 4 , de modo que el
número total de leptones debe ser igual a doce.
Leptones parecen ser partículas verdaderamente elementales, es decir, aparentemente
no tienen estructura interna. Las partículas que tienen estructurainterna se llaman hadrones
(viene del griego, de hadros que significa masivo, recio, fuerte). Esa estructura interna está
constituida por quarks. Hay dos tipos de hadrones: los bariones, formados por tres quarks o
tres antiquarks, y los mesones, formados por un quark y un antiquark. Protones y neutrones
son ejemplos de bariones.
Así como los leptones, quarks parecen ser partículas verdaderamenteelementales. Por
eso dijimos, al principio, que la materia está constituida fundamentalmente por leptones y
quarks.
Quarks tienen carga eléctrica fraccionaria, (+ 2/3)e para algunos tipos y (- 1/3)e para
otros, pero nunca fueron detectados libres, están siempre confinados en los hadrones.
Además, las combinaciones posibles de quarks y antiquarks para formar hadrones son tales
que la carga de lapartícula resultante es siempre un múltiple entero de carga eléctrica (e) del
electrón. Es decir, el quantum de la carga eléctrica continúa siendo la carga del electrón (e)
aun cuando los quarks tengan carga fraccionaria.
Pero los quarks tienen otras propiedades y una historia muy interesante desde el punto
de vista epistemológico. El objetivo de este trabajo es presentar tales propiedades y contar unpoco de esa historia.

Antes de los quarks: muones, mesones y otros hadrones
En el inicio de los años treinta del siglo pasado, la estructura del átomo estaba bien
establecida y la estructura del núcleo estaba siendo muy investigada. Se creía que los
componentes básicos de la materia serían electrones, protones, neutrones y neutrinos
(postulados por Wolfgang Pauli, en 1931, para explicar unapérdida anómala de energía en el
decaimiento 5 de neutrones, y detectados directamente apenas en 1956). El neutrón, detectado
en 1932, había sido sugerido un poco antes para explicar la masa nuclear. Antes, se pensaba
que el núcleo podría estar constituido por protones y electrones, con exceso de protones para
explicar su carga positiva. Sin embargo, mediciones del espín nuclear descartaron esa...