Quark 1

Quark

Quark

Un neutrón, compuesto por dos quark abajo (d) y un quark arriba (u). (El color asignado a cada quark no es importante, sólo lo es el que esténpresentes los tres colores.)

Composición Partícula elemental

Familia Fermión

Generación 1.ª, 2.ª, 3.ª

Interacción Gravedad,Nuclear débil,Nuclear fuerte,Electromagnetismo

Símbolo(s) q

Antipartícula Antiquark q

Teorizada Murray Gell-Mann (1964)George Zweig (1964)

Descubierta SLAC (~1968)

Tipos 6 (up (arriba), down (abajo), charm (encanto), strange (extraño), top (cima), ybottom (fondo))

Carga eléctrica +2/3 e, −1/3 e

Carga de color Sí

Espín 1/2

En física de partículas, los cuarks o quarks,[1] junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de lamateria. Varias especies de quarks se combinan de manera específica para formar partículas tales como protones yneutrones.Los quarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales. Sonpartículas parecidas a los gluones en peso y tamaño, esto se asimila en la fuerza de cohesión que estas partículasejercen sobre ellas mismas. Son partículas de espín 1/2, por lo que son fermiones. Forman, junto a los leptones, lamateria visible.Hay seis tipos distintos de quarks que los físicos de partículas han denominado de la siguiente manera:• up (arriba)• down (abajo)• charm (encanto)• strange (extraño)• top (cima) y

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• bottom (fondo).Fueron nombrados arbitrariamente basados en la necesidad de nombrarlos de una manera fácil de recordar y usar,además de los correspondientes antiquarks. Las variedades extraña, encanto, fondo y cima son muy inestables y sedesintegraron en una fracción de segundo después del Big Bang, pero los físicos de partículas pueden recrearlos yestudiarlos. Las variedades arriba y abajo sí se mantienen, y se distinguen entre otras cosas por su carga eléctrica.En la naturaleza no se encuentran quarks aislados. Estos siempre se encuentran en grupos, llamados hadrones, de doso tres quarks, conocidos como mesones y bariones respectivamente. Esto es una consecuencia directa delconfinamiento del color. En el año 2003 se encontró evidencia experimental de una nueva asociación de cincoquarks, los pentaquark aunque su existencia aún es controvertida.

Historia

Uso en el modelo estándar

Murray Gell-Mann, nacido en Nueva York en el año1929, recibió el premio Nobel de Física en 1969 por su

aporte en la teoría de las partículas atómicas.

La noción de quark teórica nace del intento de clasificar a loshadrones, ahora explicados gracias al modelo de quarks. MurrayGell-Mann y Kazuhiko Nishijima realizaron esa clasificación demanera independiente en 1964.

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Cuadro general con nombres y carga eléctrica:quarks y leptones.

Diferencia entre los bariones y los mesones.

Tamaño relativo de las diferentes partículasatómicas.

Los quarks son la conclusión de los intentos para encontrar losfundamentos de la construcción de la materia. Con el triunfo de lateoría atómica en el siglo XIX se concluía que los átomos eran loscomponentes últimos de la materia y de ahí su nombre por serindivisibles. Con el modelo atómico de Rutherford se demostró que elátomo no era indivisible, constaba de un núcleo y de una nubeelectrónica. El núcleo atómico se demostró posteriormente que estabaconformado de protones y neutrones. Con sólo cinco partículaselementales, fuera de los protones, neutrones y electrones, en la décadade 1930 comenzaron a aparecer los muones de alta radiación y algunosneutrinos de forma indirecta. La confirmación de más mesones ybariones, primero en experimentos con alta radiación y luego enaceleradores de partículas, dieron la impresión de que nosenfrentábamos a un zoológico de partículas y fueron el impulso parabuscar cada vez más partículas elementales.

El esquema usado por Gell-Mann para unir a las partículas eramediante su isospín y su extrañeza. Utilizó una unidad simétricaderivada del álgebra actual, que se la conoce como una aproximaciónde la simetría quiral de la cromodinámica cuántica (QCD). Esta es unasimetría global de sabor SU(3) que no debe confundirse con la simetríagaugeana de la cromodinámica cuántica. En este esquema, los mesonesligeros (de espín 0) y los bariones (espín -1/2) estaban agrupadosjuntos en octetos de simetría de sabor. Una clasificación de losbariones de espín -3/2 en una representación 10 arrojó la predicción deuna nueva partícula, la Ω-. Su descubrimiento en 1964 llevó a laaceptación de este modelo. La representación 3 que faltaba fueidentificada 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 delmodelo con los ocho caminos o maneras del budismo.

Descubrimiento experimental

A mediados de la década de 1960 había un cierto consenso en que elprotón poseía un tamaño aproximado de 10–15 m con una distribuciónsuave de carga en su interior. Los análisis de ciertas propiedades dereacciones de altas energías de hadrones llevó a Richard Feynman apostular subestructuras de hadrones, a los que él llamo partones(porque eran parte de los hadrones).

La serie de experimentos en el SLAC (Stanford Linear AcceleratorCenter) entre 1967 y 1973 tenían como objetivo estudiar la dispersiónelectrón-protón y ver la distribución de carga en el protón.[2] Estosexperimentos eran muy parecidos a los realizados por Rutherford años atrás para confirmar la existencia del núcleoatómico. El SLAC es un acelerador de partículas lineal donde partículas como los electrones pueden alcanzarenergías de hasta 50 GeV, lo suficiente para que estos puedan traspasar nucleones.

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El análisis teórico de las colisiones inelásticas que tuvieran lugar entre el electrón y el protón lo había trabajadoJames Bjorken. Este consideró varias hipótesis para explicar la función de forma de la dispersión. De todas ellas, lamás especulativa era considerar al protón compuesto por partículas puntuales cargadas y con espín . Al analizarlos datos para diferentes cantidades de momento transferidos al protón, se comprobó que el ajuste de Bjorken con talhipótesis era el adecuado. Se habían descubierto los quarks de manera experimental lo que permitió obtener elpremio Nobel de Física de 1990 a Taylor, Kendall y Friedmann, líderes de los experimentos en el SLAC.Más adelante, otros experimentos de colisiones inelásticas con neutrinos hechas en el CERN sirvieron paraconfirmar los resultados del SLAC. Se confirmó que los partones de Feynmann y los quarks eran exactamente lamisma cosa. Con la prueba de la libertad asintótica en la cromodinámica cuántica que realizaron en 1973 DavidGross, Frank Wilczek y David Politzer, la conexión se hizo estable. A estos científicos se les concedió el premioNobel de Física en el 2004 por este trabajo. Kendall dijo sobre el hallazgo:

...el descubrimiento específico fue un descubrimiento. No sabíamos si estaría ahí, y tampoco nadie eneste mundo - ni la gente que inventó el quark ni toda la comunidad teórica. Nadie podía decir especificay unívocamente: hey amigos vayan por el quark. Esperamos que esté en los nucleones.

Diferentes saboresAl principio se creía que sólo existían el quark arriba, abajo y extraño. En 1970, Sheldon Glashow, John Iliopoulos yLuciano Maianicon postularon la existencia del quark encantado para impedir cambios no físicos de sabor en lasdesintegraciones débiles que podrían aparecer en el modelo estándar. El descubrimiento del mesón J/ψ en 1974 llevóal reconocimiento de que éste estaba hecho de un quark encantado y su antiquark.Luego, se planteó la hipótesis del quinto y sexto quark, llamados quark cima y fondo. La existencia de una tercerageneración de quarks fue predicha por Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa en 1973; ellos se dieron cuenta quela violación de la simetría CP por kaones neutros no podría acomodarse en el modelo estándar con las dosgeneraciones hasta ese momento existentes de quarks. El quark fondo fue descubierto en 1977 y el quark cima en1996.

Etimología

Los elementos básicos de la materia son 3.

La palabra fue originalmente designada por Murray Gell-Mann comouna palabra sin sentido que rimaba con pork,[3] pero sin ortografía.[4]

Después, él encontró la palabra «quark» en un libro de James Joycetitulado Finnegans Wake y de ahí se usó su ortografía:

Three quarks for Muster Mark!Sure he has not got much of a bark

And sure any he has it's all beside the mark.Del libro Finnegans Wake de James Joyce

Gell-Mann dijo sobre esto queEn 1963, cuando asigné el nombre de quark a los constituyentes fundamentales de los nucleones, yo tenía el primer sonido, sin ortografía, que podría haber sido kwork. Luego, en uno de sus ocasionales lecturas de Finnegans Wake, por James Joyce, me crucé con la palabra quark en la frase Three quarks for Muster Mark. Entonces quark (que significa, por un lado, el grito de la gaviota) fue el claro intento de rimar con Mark, como con bark y otras palabras parecidas. Yo tuve que encontrar una excusa para pronunciarla así como kwork. Pero el libro representa el sueño de un publicano llamado Humphrey Chimpden Earwicker. Las palabras en el texto suelen proceder de varias fuentes a la vez, como la palabra portmanteau en Through the Looking Glass. De vez en cuando, las frases que aparecen en el

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libro son determinadas para denominar a las bebidas en un bar. Yo argumenté, por lo tanto, que uno delos múltiples recursos de la frase Three quarks for Muster Mark podría ser Three quarts for MisterMark, en ese caso la pronunciación de "kwork" podría justificarse totalmente. En cualquier caso, elnúmero tres encajaba a la perfección en el modo en que los quarks aparecen en la naturaleza.La frase tres quarks (three quarks en inglés) encajaba particularmente bien (como se menciona en la cita) yaque en ese tiempo sólo había tres quarks conocidos y entonces los quarks estaban en grupos de tres en losbariones.En el libro de Joyce, se da a las aves marinas tres quarks, quark toma un significado como el grito de lasgaviotas (probablemente onomatopeya, como cuac (o cuá) para los patos). La palabra es también un juego depalabras en entre Munster y su capital provincial Cork.

Generación

Características de todas las partículas y fuerzasfundamentales conocidas.

El modelo estándar es un modelo teórico que describe todas laspartículas elementales conocidas hasta ahora, así como el yadescubierto bosón de Higgs, aunque se ha encontrado una partícula queconcuerda con las características de este bosón. Este modelo agrupa laspartículas en generaciones de dos leptones y dos quarks. Entre ellasvaría la masa que va aumentando de acuerdo al número de lageneración, siendo la tercera la más pesada hasta el momento. Elmodelo estándar predice las tres generaciones de quarks y leptones queconocemos pero no podría descartarse del todo la posibilidad de unacuarta generación. Este modelo contiene seis sabores de quarks (q)divididos en tres generaciones. En la primera tenemos los quarks arriba(u) y abajo. En la segunda, los quarks encantado (c) y extraño (s). Y enla tercera, los quarks fondo (b) y cima (t). Las Antipartículas de losquarks son los antiquarks, y son denotados por una barra sobre elsímbolo del correspondiente quark, por ejemplo, si un quark serepresenta , un antiquark se escribe . Así como con la antimateriaen general, los antiquarks tienen la misma masa, vida media, y espín que sus respectivos quarks, pero con cargaopuesta.

PropiedadesLos quarks no se encuentran libres en la naturaleza sino que se agrupan formando hadrones. Éstos se dividen en dostipos:• Mesones: formados por un quark y un antiquark (piones, kaones,...)• Bariones: formados por tres quarks (protones, neutrones,...)Existen 6 tipos de quarks, cada uno con su sabor, su carga, su isospín débil y su masa (entre las propiedades másimportantes). Una lista de estas propiedades para cada quark sería:

Quark 6

Nombre Símbolo Generación Isospín débil Sabor Carga Masa

arriba (up) u 1 +½ Iz=+½ +⅔ 1,5 – 4,0

abajo (down) d 1 -½ Iz=-½ -⅓ 4 – 8

extraño (strange) s 2 -½ S=-1 -⅓ 80 – 130

encantado (charm) c 2 +½ C=1 +⅔ 1150 – 1350

fondo (bottom) b 3 -½ B'=-1 -⅓ 4100 – 4400

cima (top) t 3 +½ T=1 +⅔ 170900 ± 1800

Junto a los leptones, los quarks forman prácticamente toda la materia de la que estamos rodeados. En concreto laconstituyen los dos primeros quarks ya que forman los protones y neutrones que a su vez forman los núcleosatómicos.

CargaLa carga -⅓ o +⅔ de la carga elemental. Por esto siempre las partículas compuestas (bariones y mesones) tienen unacarga entera. Experimentalmente (por ejemplo en el experimento de la gota de aceite de Millikan) no hayinformación de cargas fraccionarias de partículas aisladas. La tercera parte de la carga en los hadrones es debida a lapresencia de los quarks. Actualmente se desconoce por qué la suma de las cargas de los quarks en un protón secorresponde exactamente a la del electrón, un leptón, con signo opuesto.

MasaAunque si bien se habla de la masa de los quarks en el mismo sentido que la masa de cualquier otra partícula, lanoción de masa para un quark es complicada por el hecho que los quarks no pueden encontrarse solos en lanaturaleza, siempre se encuentran acompañados de un gluón, por lo general. Como resultado, la noción de la masa deun quark es una construcción teórica que tiene sentido sólo cuando se especifica exactamente que se usará paradefinirla.La simetría quiral aproximada de la cromodinámica cuántica, por ejemplo, permite definir la razón entre variasmasas de quarks a través de combinaciones de las masas de los octetos pseudoescalares de los mesones en el modelode quarks por la teoría de perturbación quiral, tenemos:

El hecho de que el quark arriba tenga masa es importante porque había un problema con la violación CP si éstos notenían masa. Los valores absolutos de las masas son determinados por las reglas de suma de funciones espectrales (otambién las reglas de suma de la cromodinámica cuántica).Otro método para especificar las masas de los quarks fue usada por Gell-Mann y Nishijima en el modelo de quarksque conectaba la masa del hadrón con la masa de los quarks. Estas masas, llamadas masas constituyentes de quarks,son considerablemente diferentes de las masas definidas anteriormente. Las masas constituyentes no tienen ningúnsignificado dinámico posterior.Por otro lado, las masas de los quarks más masivos, el encantado y el fondo, se obtuvieron de las masas de loshadrones que contenían un quark pesado (y un antiquark ligero o dos quarks ligeros) y del análisis de quarkonios.Los cálculos del enrejado de la cromodinámica cuántica usando una teoría efectiva de quarks pesados ocronodinámica cuántica no relativista son usadas actualmente para determinar la masa de esos quarks.El quark cima es lo suficientemente pesado para que la perturbación de la QCD pueda ser usada para determinar su masa. Antes de su descubrimiento en 1995, la mejor teoría estimaba que la masa del quark cima podía obtenerse del análisis global de test de precisión del modelo estándar. El quark cima, sin embargo, tiene la única cantidad de

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quarks que se desintegran antes de hadronizarse. Entonces, la masa puede ser directamente medida de los productosdesintegrados resultantes. Estos sólo pueden ser hechos en el Tevatrón que es el único acelerador de partículas con lasuficiente energía para producir quarks cima en abundancia.

Isospín débilEl valor de esta propiedad para los quarks es de 1/2, y su signo depende de qué tipo de quark es. Para los quarks tipou (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 elisospín débil, un quark tipo u deberá desintegrarse para obtener un quark tipo d y viceversa. No se admitendesintegraciones entre quarks del mismo tipo. Las partículas que permiten estos cambios de carga del isospín débilson los bosones W y Z.

Sabor

Diferencia entre fermiones y bosones.

Debido a la interacción débil todos los fermiones, y en este casolos quarks, pueden cambiar de tipo; a este cambio se le denominasabor. Los bosones W y Z son los que permiten el cambio de saboren los quarks, estos bosones son los causantes de la interaccióndébil. Cada quark tiene un sabor diferente que interactuará con losbosones de una manera única.

El sabor de los quarks arriba y abajo es el isospín débil, antesmencionado. El quark extraño, tendrá un número cuántico o sabor,homónimo, llamado extrañeza y tiene el valor de -1. Para el quarkencantado es encantado y tiene el valor de 1; y así sucesivamentecon los otros dos como pico se puede ver en la tabla anterior.

Carga de colorLos quarks al ser fermiones deben seguir el principio de exclusión de Pauli. Este principio implica que los tresquarks en un barión deben estar en una combinación antisimétrica. Sin embargo la carga Q=2 del barión Δ++ (quees un cuarto del isospín I

z  =  3/2 de los bariones) puede ser realizado sólo por quarks con espín paralelo. Esta

configuración es simétrica bajo intercambio de quarks, esto implica que existe otro número cuántico interno para quepueda hacerse esa combinación antisimétrica. A esta propiedad, o número cuántico, se le denominó color. El colorno tiene nada que ver con la percepción de la frecuencia de la luz, por el contrario, el color es la carga envuelta en lateoría de gauge, más conocida como cromodinámica cuántica.El color es una simetría de gauge SU(3). Los quarks están localizados en la representación fundamental 3 y por lotanto tienen tres colores, en analogía con los tres colores fundamentales rojo, verde y azul, de ahí viene su nombre.Es por eso que se suele decir que existen 18 tipos de quarks, 6 con sabor y cada uno con 3 colores.

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SubestructuraNuevas extensiones del modelo estándar de física de partículas indican que los quarks podrían estar compuestos desubestructuras. Esto asume que las partículas elementales del modelo estándar de física de partículas son partículascompuestas; estas hipótesis están siendo evaluadas, aunque actualmente no se ha descubierto tal estructura. Lasllamadas subestructuras de los quarks se denominan preones.

Notas[1] Cfr. Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española, Ortografía de la lengua española, Madrid, Espasa, 2010,

pág. 615. § 2.3 «Grafías ajenas al sistema ortográfico tradicional del español». ISBN 978-84-670-3426-4[2] Premio Nobel por la primera evidencia de un quark (http:/ / www. physicstoday. org/ vol-44/ iss-1/ vol44no1p17-20a. pdf)[3][3] Gribbin, John. "Richard Feynman: A Life in Science" Dutton 1997, pg 194.[4] Proveniencia de la palabra quark (http:/ / www. takeourword. com/ TOW111/ page2. html)

Enlaces externos• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre QuarkCommons.• Wikcionario tiene definiciones para quark.Wikcionario• FisicaRecreativa.net (http:/ / fisicarecreativa. net/ cienpreguntas/ tema057. html) («¿Qué es un quark?», por Isaac

Asimov).• Pdg.lbl.gov (http:/ / pdg. lbl. gov/ ) (Particle Data Group: página sobre datos de partículas; en inglés).• Physics.ox.ac.uk (http:/ / www. physics. ox. ac. uk/ documents/ PUS/ dis/ index. htm) (página muy ilustrativa de

la Universidad de Oxford sobre el protón; en inglés).

Fuentes y contribuyentes del artículo 9

Fuentes y contribuyentes del artículoQuark  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=70111193  Contribuyentes: .José, 3coma14, Abajo estaba el pez, Airunp, Albireo3000, Alefisico, Alex degarate, Alexav8, AntónFrancho, Arcibel, Arklad, Ary29, AstroNomo, Astrowiki, Baiji, Banfield, ChupaloYmetelo, Daniel Carracelas, Danielba894, Darkpaez, DasAuge, Der Künstler, Dodo, Dyon, Ejarell, Ente X,Erodrigufer, Ezarate, FAR, Farisori, Fedegaray, Fiquei, Fmariluis, Foundling, Frutoseco, Furti, Ganímedes, Gonis, Grillitus, Götz, Halfdrag, Heavy, Irfit, Iulius1973, JMCC1, Jarisleif, Javierha,Jjafjjaf, Jkbw, Joniale, Jorge c2010, Joseaperez, José Angosto, Julian Mendez, Krysthyan, Lampsako, Lang, Leonpolanco, LuchoX, Mandramas, Marc Pedrós Estalrich, Marco Regueira,MarcoAurelio, Martínhache, Matdrodes, Maveric149, Moriel, Mpeinadopa, Muro de Aguas, Ncc1701zzz, Nerk, Newone, Nirgal, Numbo3, Pejeyo, Pitxulin1, Pleira, Pólux, Qllach, Queninosta,Rafa3040, Rafael Soriano, Randyc, Retama, Rkiwi, Rondador, Rosarino, Rumpelstiltskin, SaeedVilla, Sailorsun, Savh, Sergio Andres Segovia, Slastic, SmashLink, Srbanana, SuperBraulio13,Taichi, Tamayo5565, Tano4595, Taty2007, Toniocus, Troodon, Varano, Wikon, Will vm, Xenoforme, Youssefsan, Zalovitch, Zathanik, Zifra, conversion script, 209 ediciones anónimas

Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentesArchivo:Neutrón-Estructura de Quarks.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Neutrón-Estructura_de_Quarks.png  Licencia: Creative CommonsAttribution-Sharealike 3.0  Contribuyentes: User:JavierhaArchivo:Murray Gell-Mann.jpg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Murray_Gell-Mann.jpg  Licencia: Creative Commons Attribution 2.0  Contribuyentes: jurvetson offlickr.comArchivo:Cuadro general partículas.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Cuadro_general_partículas.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Share Alike Contribuyentes: JonialeArchivo:Bariones mesones.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Bariones_mesones.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Share Alike  Contribuyentes:JonialeArchivo:Tamaña relativo materia.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Tamaña_relativo_materia.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Share Alike Contribuyentes: JonialeArchivo:Elementos basicos materia.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Elementos_basicos_materia.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Share Alike Contribuyentes: JonialeArchivo:Generaciones delamateria.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Generaciones_delamateria.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Share Alike Contribuyentes: JonialeArchivo:Fermiones bosones.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Fermiones_bosones.png  Licencia: Creative Commons Attribution-Share Alike  Contribuyentes:JonialeArchivo:Commons-logo.svg  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Commons-logo.svg  Licencia: logo  Contribuyentes: SVG version was created by User:Grunt andcleaned up by 3247, based on the earlier PNG version, created by Reidab.Archivo:Wiktionary-logo-es.png  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Wiktionary-logo-es.png  Licencia: logo  Contribuyentes: es:Usuario:Pybalo

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