QuarksInés Pérez Molano

Introducción

Vídeo introductorio

¿Qué son las partículas elementales?

Partículas elementales

Las partículas elementales son los constituyentes elementales de la materia que se cree que no tienen estructura interna (que no están formadas por otras partículas). En un principio se usó para referirse a las partículas subatómicas (protones, neutrones, electrones…) pero, en la actualidad se dividen en dos grupos básicos.

-Fermiones: que son los leptones y los quarks.

-Bosones: el bosón de gauge

¿Qué son los quarks?

Definición.Un quark es una partícula elemental, cuya existencia no se da nunca de forma aislada sino que siempre está asociado a otro quark (o antiquark)

La combinación de las distintas clases de quarks permiten la conformación de otras partículas subatómicas, como los neutrones y los protones.

Los quarks son las únicas partículas que interactúan con las 4 fuerzas fundamentales (interacción nuclear débil, interacción nuclear fuerte, interacción electromagnética e interacción gravitatoria)

Sabores de quarksHay seis tipos de sabores de quarks:

➢up (arriba)

➢down (abajo)

➢charm (encanto)

➢strange (extraño)

➢ top (cima)

➢bottom (fondo).

Creación de los saboresSegún la teoría, los seis sabores se crearon poco después del Big Bang. Solo los quarks arriba y abajo, que forman los protones y los neutrones sobreviven en la naturaleza. Aunque los otros sabores de quarks desaparecieron en el universo observable, los científicos han sido capaces de crearlos mediante colisiones de muy alta energía en aceleradores de partículas.

Colores.Además de los sabores, dentro del mundo de los quarks existen colores. Cada sabor se da en tres colores: rojo, verde y azul. Y los antiquarks se dan en colores complementarios: cian, magenta y amarillo. La regla del arte de los quarks es que cualquier combinación debe dar blanco, bien por combinación de tres colores primarios, o por la combinación de un color complementario.

Antiquarks Es la antipartícula (todas las partículas tienen una antipartícula que tiene la misma masa, el mismo espín, pero distinta carga) que corresponde a un quark. El número de tipos de quarks y antiquarks en la materia es el mismo. Se representan con los mismos símbolos que aquellos, pero con una barra encima de la letra correspondiente.

Propiedades de los quarks

PropiedadesLos quarks no se encuentran como partículas aisladas en la naturaleza, sino que se agrupan y forman hadrones:

-Mesones: formados por quarks y antiquarks.

-Bariones: formados por tres quarks (como los neutrones, protones…). Las partículas elementales se dividen a su vez en dos grupos: fermiones y bosones.

Carga.Los quarks tienen carga -⅓ o +⅔; por eso las partículas compuestas tienen carga entera. Por el momento se desconoce por qué la suma de las cargas de los quarks en un protón se corresponde exactamente a la del electrón, un leptón, con signo opuesto.

Masa.La masa de los quarks es complicada de determinar con exactitud ya que no se encuentran de forma aislada. Como resultado, la noción de la masa de un quark es una construcción teórica que tiene sentido sólo cuando se especifica exactamente que se usará para definirla.

Isospín débil.El valor de esta propiedad para los quarks es de 1/2, y su signo depende de qué tipo de quark es. Para los quarks tipo u (u, c y t) es de +1/2, mientras que para los otros, llamados quarks tipo d (d, s, b), es de -1/2. De acuerdo con el isospín débil, un quark tipo u deberá desintegrarse para obtener un quark tipo d y viceversa. No se admiten desintegraciones entre quarks del mismo tipo.

Descubrimiento experimental

Descubrimiento experimental.Los quarks se descubrieron tras una serie de experimentos en la SLAC, que es una acelerador de partículas lineal donde las partículas como los electrones pueden conseguir la energía suficiente para traspasar los nucleones. El objetivo era estudiar la dispersión electrón-protón y ver la distribución de carga en el protón. Estos experimentos eran muy parecidos a los que llevó a cabo Rutherford para confirmar la existencia del núcleo atómico.

Entre las hipótesis que derivaron de los resultados obtenidos, la más especulativa de todas era era considerar al protón compuesto por partículas puntuales cargadas y con espín ½. Más adelante, los experimentos en el CERN confirma la existencia de dicha partícula.

Murray Gell-Mann

Three quarks for Muster Mark! Sure he has not got much of a barkAnd sure any he has it's all beside the mark.

Teoría de Gell-Mann La teoría de Gell-Mann aportó orden al caos que surgió al descubrirse cerca de 100 partículas en el interior del núcleo atómico. Esas partículas, además de los protones y neutrones, estaban formadas por otras partículas elementales llamadas quarks. Los quarks se mantienen unidos gracias al intercambio de gluones. Junto con otros investigadores construyó la teoría cuántica de quarks y gluones, llamada cromodinámica cuántica.

¿Subestructura?

Preones Nuevas extensiones del modelo estándar de la física de partículas apuntan que los quarks podrían estar formados por subestructuras. Esto asumiría que las partículas elementales están a su vez compuestas por otras. De momento son tan solo hipótesis y a las posibles subestructuras de los quarks se le denominan preones.