Kaón

En física de partículas, un kaón (también conocido como mesón K y representado como K) es cualquier partícula del grupo de cuatro mesones que tienen un número cuántico llamado extrañeza. A pesar de que se generaban mediante interacción fuerte el hecho inesperado de que decayeran por interacción débil hacía que estos tuvieran una vida media mayor de la prevista. Por este motivo fueron llamadas en un inicio como "partículas extrañas" lo que acabó por dar nombre al nuevo número cuántico descubierto, la extrañeza. En el modelo quark los kaones contienen dos quarks, siendo uno de ellos un quark o antiquark extraño.

Propiedades básicas

Los cuatro kaones son:

  1. El kaón cargado negativamente K- (que contiene un quark extraño y un antiquark arriba) tiene una masa de 493,667 0,012 MeV y una vida media de (1,2384 0,0024)·10-8 segundos.
  2. Su antipartícula, el kaón cargado positivamente K+ (formado por un quark arriba y un antiquark extraño), debe (debido a la invariancia CPT) tener una masa y vida media idéntica a la del K-. Su masa difiere en 0,032 0,090 MeV, la cual es consistente con cero. Su diferencia en vida media es de (0,11 0,09)·10-8 segundos.
  3. El K0 (consistente en un quark abajo y un antiquark extraño), con una masa de 497,648 0,022 MeV. Tiene un radio cuadrático medio de carga de -0,076 0,018 fm2.
  4. Su antipartícula (que contiene un quark extraño y un antiquark abajo) con la misma masa.

Está claro, a partir del modelo de quarks, que los kaones forman dos dobletes de isoespín; esto es, pertenecen a la representación fundamental de SU(2) llamada 2. Un doblete de extrañeza +1 contiene al K+ y al K0. Sus respectivas antipartículas forman el otro doblete.

Partícula Símbolo Anti-
partícula
Quarks
constituyentes
Spin y paridad Masa en reposo
MeV/ c2
S C B Vida media
s
Decae a Comentarios
Kaón cargado Pseudoescalar 493,7 +1 0 0 1,24×10-8 μ + νμ
o π+ + π0
Kaón neutro Pseudoescalar 497,7 +1 0 0 Decaimiento débil Autoestado fuerte - Tiempo de vida no definido
K-Corto Pseudoescalar 497,7 (*) 0 0 0,89×10-10 π+ + π-
o 2π0
Autoestado débil - makeup is missing small CP-violating term
K-Largo Pseudoescalar 497,7 (*) 0 0 5,2×10-8 π+ + e- + νe Autoestado débil - makeup is missing small CP-violating term

Aunque el K0 y su antipartícula se forman a partir de la fuerza fuerte, decaen débilmente. Así, una vez creados los dos se comprenden mejor como compuestos de dos autoestados con vidas medias notablemente diferentes:

  1. Los kaones neutros de vida media larga son conocidos como KL ("K-largos"), decaen principalmente en forma de tres piones y su vida media es de unos 5,18·10-8 segundos.
  2. Los kaones neutros de vida media más corta son los llamados KS ("K-cortos"), decaen en dos piones y su vida media es de 8,958·10-11 segundos.

(Ver la discusión acerca del mezclado neutro de kaones más abajo).

La observación acerca de que los K-largos podrían decaer en dos piones en ciertas ocasiones fue el primer indicio de la violación de la simetría CP (ver más abajo)

Modos principales de decaimiento del K+:

  1. ( leptónico, ratio de ramificación (RR) ~ 63%)
  2. ( hadrónico, RR ~ 21%)
  3. (hadrónico, RR ~ 6%)
  4. (semileptónico, RR ~ 5%)
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