Quark

Cuark q
Neutrón-Estructura de Quarks.png
Un neutrón, compuesto por dos quark abajo (d) y un quark arriba (u). (El color asignado a cada cuark no es importante, sólo lo es el que estén presentes los tres colores.)
ComposiciónPartícula elemental
FamiliaFermión
Generación1.ª, 2.ª, 3.ª 4.a
InteracciónGravedad,
Nuclear débil,
Nuclear fuerte,
Electromagnetismo
AntipartículaAntiquark q
TeorizadaMurray Gell-Mann (1964)
George Zweig (1964)
DescubiertaSLAC (1968)
Tipos6 (up (arriba), down (abajo), charm (encanto), strange (extraño), top (cima), y bottom (fondo))
Carga eléctrica+2/3 e, −1/3 e
Carga de color
Espín1/2

En física de partículas, los cuarks[4]​ son los fermiones elementales masivos que interactúan fuertemente formando la materia nuclear y ciertos tipos de partículas llamadas hadrones. Junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia bariónica. Varias especies de cuarks se combinan de manera específica para formar partículas subatómicas tales como protones y neutrones.

Los cuarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales. Son partículas de espín 1/2, y son fermiones de Dirac por lo que sus correspondientes antipartículas existen.

Hay seis tipos o sabores distintos de cuarks cada uno "portador" de un número cuántico del modelo de quarks. Los físicos de partículas[6]​han denominado de la siguiente manera:

NombreAlias (traducción)Número cuántico
Quark uup (arriba)Isospin +1/2
Quark ddown (abajo)Isospin -1/3
Quark sstrange (extraño)extrañeza -1
Quark ccharm (encanto)encanto 2/3
Quark ttop/truth (cima/verdad)topness (superioridad) +1
Quark bbottom/beauty (fondo/belleza)bottomness (inferioridad) -1

Los cuarks s, c, t y b son lo suficientemente masivos para decaer en otros quarks mediando la interacción débil. Los cuarks u y d son los más estables.

Una hipótesis central, pero no comprobada, es que los cuarks no pueden observarse libres sino confinados[7]​ en grupos, fenómeno llamado confinamiento de color.

Los hadrones de spin entero (bosón) se clasifican como los mesones y los de spin semientero (fermión) como bariones. Los mesones observados son consistentes con una composición de (una pareja quark-antiquark) y los bariones como la composición de tres cuarks o antiquarks.

Gell-Mann en 1965 y Zweig[12]

Modelo de quarks

Octeto de bariones según el modelo de quarks.

La noción de 'cuark 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.[13]

Los quarks son la conclusión de los intentos para encontrar los fundamentos de la construcción de la materia. Con el triunfo de la teoría atómica en el siglo XIX se concluía que los átomos eran los componentes últimos de la materia y de ahí su nombre por ser indivisibles. Con el modelo atómico de Rutherford se demostró que el átomo no era indivisible, constaba de un núcleo y de una nube electrónica. Se demostró posteriormente que el núcleo atómico estaba conformado de protones y neutrones. Con sólo cinco partículas elementales, fuera de los protones, neutrones y electrones, en la década de 1930 comenzaron a aparecer los muones de alta radiación y algunos neutrinos de forma indirecta. La confirmación de más mesones y bariones, primero en experimentos con alta radiación y luego en aceleradores de partículas, dieron la impresión de que nos enfrentábamos a un zoológico de partículas y fueron el impulso para buscar cada vez más partículas elementales.

El esquema usado por Gell-Mann para unir a las partículas era mediante su isospín y su extrañeza. Utilizó una unidad simétrica derivada del álgebra actual, que se la conoce como una aproximación de la simetría quiral de la cromodinámica cuántica (QCD). Esta es una simetría global de sabor SU(3) que no debe confundirse con la simetría gaugeana de la cromodinámica cuántica[Aclaración requerida]. En este esquema, los mesones ligeros (de espín 0) y los bariones (espín -1/2) estaban agrupados juntos en octetos de simetría de sabor. Una clasificación de los bariones de espín -3/2 en una representación 10 arrojó la predicción de una nueva partícula, la Ω-. Su descubrimiento en 1964 llevó a la aceptación de este modelo. La representación 3 que faltaba fue identificada como los quarks.[cita requerida]

El esquema fue llamado por Gell-Mann como de ocho maneras (eightfold way en inglés), una inteligente asociación de los octetos del modelo con los ocho caminos o maneras del budismo.

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