QUARKS.

El último componente de los hadrones.

En 1963 Gell-Mann y George Zweig (1937) propusieron de manera independiente un modelo para

la subestructura de los hadrones. De acuerdo con su modelo, todos los hadrones están

compuestos de dos o tres constituyentes elementales conocidos como quarks. El modelo tiene

tres tipos de quarks, designados por los símbolos u, d y s. A éstos se les da el nombre de arriba,

abajo y extraño. Los diversos tipos de quarks son llamados sabores.

Una propiedad inusual de los quarks es que poseen una carga electrónica fraccionaria. Los quarks

u, d y s tienen cargas de +2e/3, e/3 y e/3, respectivamente, donde e es la carga elemental 1.60

x10^-19 C.

Los quarks tienen espín de 1 2, lo que significa que todos los quarks son fermiones, esto es,

cualquier partícula que tiene un espín de semientero. A cada quark se le asocia con un antiquark

de carga, número bariónico y extrañeza opuestos.

A pesar de que el modelo original del quark fue altamente exitoso para clasificar familias de

partículas, se encontraron algunas discrepancias entre sus predicciones y ciertas cantidades de

decaimiento experimental. En consecuencia, en 1967 varios físicos propusieron un cuarto quark de

sabor. Argumentaron que si existían cuatro tipos de leptones (como se pensaba entonces), también

debería de haber cuatro sabores para los quarks, debido a una simetría subyacente de la naturaleza.

Al cuarto quark, designado como c, se le asignó una propiedad llamada encanto. Un quark

encantado tiene una carga de +2e/3, justo como el quark de arriba, pero su encanto lo distingue de

los otros tres quarks. Esto introduce un cuarto número cuántico C, que representa el encanto. El

nuevo quark tiene un encanto C =+1, su antiquark tiene un encanto de C=- 1, y todos los demás

quarks tienen C 0. El encanto, como la extrañeza, se conserva en interacciones fuertes y

electromagnéticas, pero no en interacciones débiles. Se empezó a acumular evidencia sobre la

existencia del encanto en 1974, cuando un mesón pesado llamado partícula J/ѱ. La partícula J/ ѱ

no entra en el modelo de tres quarks; en vez de eso, tiene propiedades de una combinación del

quark encantado propuesto y de su antiquark (cc). Es mucho más pesado que los demás mesones

conocidos (3100 MeV/c2), y su vida es mucho más larga que las de las partículas que interactúan

mediante la fuerza intensa. Pronto, se descubrieron mesones relacionados, correspondientes a

combinaciones de quark como cd con cd, todos con grandes masas y vidas más largas. La existencia

de estos nuevos mesones otorgó una firme evidencia del cuarto quark de sabor. En 1975 los

investigadores de la Universidad de Stanford reportaron una fuerte evidencia para el leptón tau ,

con una masa de 1784 MeV/c2 . Este fue el quinto tipo de leptón, lo que llevó a los científicos a

proponer que podrían existir más tipos de sabores de quaks, con base en argumentos de simetría

similares a aquellos que llevaron a proponer el quark encantado. Estas propuestas resultaron en

modelos más elaborados del quark y a la predicción de dos nuevos quarks, cima (t) y fondo b).

La teoría de la forma en que interactúan los quarks entre sí se conoce como cromodinámica cuántica

o QCD, en paralelo con el nombre electrodinámica cuántica (la teoría de la interacción eléctrica

entre la luz y la materia). En la QCD, se dice que cada quark lleva una carga color, en analogía a la

carga eléctrica. A la fuerza fuerte entre los quarks a menudo se le conoce como fuerza de color.

Debido a eso, los términos fuerza fuerte y fuerza de color se utilizan indistintamente. Cuando un

quark emite o absorbe un gluón, el color del quark puede cambiar.

La fuerza de color entre quarks es semejante a la fuerza eléctrica entre cargas: las partículas con su

mismo color se repelen, y aquellas con color opuesto se atraen. Por lo tanto, dos quarks verdes se

repelen entre sí, pero un quark verde es atraído por un quark antiverde. La atracción entre quarks

de color opuesto para formar un mesón. Los quarks de colores diferentes también se atraen entre

sí, aunque lo hacen con menor intensidad que un quark de color opuesto y un antiquark.

De acuerdo con la teoría de la cromodinámica cuántica, los quarks tienen una propiedad llamada

color; la fuerza entre quarks se conoce como fuerza intensa o fuerza color. La fuerza intensa ahora

se considera como una fuerza fundamental. La fuerza nuclear, que originalmente se consideraba

fundamental, ahora se entiende como un efecto secundario de la fuerza intensa debido a

intercambio de gluones entre hadrones.