los quarks

Los quarks son partículas más pequeñas que los protones y que los neutrones. Son los elementos más fundamentales de la materia visible y que unidos entre sí forman protones y neutrones.

Los quarks fueron descubiertos en los años 1960’s

Los quarks, junto con los electrones y los neutrinos, son las partículas más pequeñas que el hombre ha logrado identificar.

El análisis teórico de las colisiones inelásticas provocadas en el acelerador lineal en el SLAC, sugirió varias hipótesis para explicar la función de forma de la dispersión resultante de las colisiones.

los quarks
El acelerador lineal SLAC de Stanford. Crédito: web ssrl.slac.stanford.edu/pep-x/

Una de estas hipótesis era considerar que un protón está compuesto por partículas puntuales cargadas positivamente y con espín 1/2.

Con estudios muy concienzudos  se comprobó que tal hipótesis era la adecuada.  Este descubrimiento les mereció el premio Nobel de Física de 1990 a Taylor, Kendall y Friedmann, líderes de los experimentos en el SLAC.

La palabra “quark” fue acuñada en 1963 por el físico estadounidense Murray Gell-Mann (1929) como una palabra sin sentido que rimaba con Mark.

los quarks Murray
Murray Gel-Mann Nobel de Física. Crédito: web bbc.com/mundo/

Murray encontró la palabra «quark» en un libro de James Joyce, en la frase “Three quarks for Muster Mark”, que podría ser “Tres quartos para Mister Mark”.

El número tres encajaba perfectamente con lo que se había encontrado en el interior de los protones y de los neutrones.

En esos años sólo se conocían tres tipos de quarks,  y siempre estaban en grupos de a tres, en los nucleones: protones y neutrones.

Nunca ha sido posible aislar a un quark. La vida solitaria les está prohibida. Siempre se encuentran unidos en grupos de a tres.

Esta capacidad para unirse, se debe a que experimentan la acción de la fuerza nuclear fuerte. Los trabajos iniciados por Murray para estudiar este fenómeno, se denomina Cromodinámica Cuántica (CDC).

Actualmente, se conocen seis tipos de quarks  que los físicos de partículas han denominado de manera arbitraria, pero  fácil de recordar y usar:

  • Quark up (arriba) o simplemente u tiene carga eléctrica +⅔
  • Quark down (abajo) o simplemente d tiene carga eléctrica -⅓
  • Quark charm (encantado) o simplemente c  tiene carga eléctrica +⅔
  • Quark strange (extraño) o simplemente s tiene carga eléctrica -⅓
  • Quark top (cima) o simplemente t tiene carga eléctrica +⅔
  • Quark bottom (fondo) o simplemente b  tienecarga eléctrica -⅓

Las variedades up y down existen actualmente en la naturaleza de manera estable, y se distinguen entre ellas por su carga eléctrica (entre otras características).

Las variedades s, c, b y t son muy inestables. Por eso, después del Big Bang tardaron sólo una fracción de segundo en desaparecer del universo. Actualmente, los físicos de partículas pueden recrearlos y estudiarlos.

Los protones y los neutrones están formados por 3 quarks que se combinan de manera que producen una carga entera.

los neutrones
El neutrón consta de 3 quarks. Crédito: web del CPAN, i-cpan.es/es/content/

No hay información de cargas fraccionarias de partículas aisladas. Actualmente se desconoce por qué la suma de las cargas eléctricas de los quarks en un protón se corresponde exactamente con la de un electrón.

Los quarks tienen espín +½ ó -½, por lo que se clasifican dentro de la familia de los fermiones.

La noción de la masa de un quark es una construcción teórica que tiene sentido sólo cuando se especifica exactamente qué se usará para definirla.

La masa del quark puede ser medida directamente de los productos desintegrados resultantes en el Tevatrón, que es el único acelerador de partículas con la suficiente energía para producir quarks en abundancia.

El sabor de un quark se relaciona con el hecho de que los quarks pueden cambiar de tipo, debido a lo que se denomina fuerza débil.

El color de un quark no tiene nada que ver con la percepción de la frecuencia de la luz, sino que está relacionado con la cromodinámica cuántica.

Los quarks forman prácticamente toda la materia de la que estamos rodeados. En concreto la constituyen los quarks up y quarks down, ya que forman los protones y neutrones los cuales, a su vez, forman los núcleos atómicos.

El modelo atómico de Rutherford establecía que el átomo no es indivisible, sino que consta de un núcleo central con carga eléctrica positiva y de una nube de electrones con carga eléctrica negativa que giran a su alrededor.

Estas tres partículas elementales (protones, neutrones y electrones) pasaron a ser cuatro, cuando en la década de 1930 aparecieron, de forma indirecta, los neutrinos.