Explicamos qué son los quarks, cómo fueron descubiertos y qué es el modelo de quarks. Además, otras partículas subatómicas.

Quarks
Los quarks son partículas más pequeñas que los neutrones y los protones.

¿Qué son los quarks?

Quarks o cuarks son un tipo de partícula subatómica elemental, que entra en la categoría de Fermios, y cuyas interacciones fuertes constituyen la materia de núcleos atómicos. Su nombre proviene de la novela El despertar de Finnegan por el autor irlandés James Joyce.

Los quarks son partículas de los cuales se hacen protones y neutrones, así como otros tipos de partículas diminutas llamadas hadrones.

Estos términos pueden ser confusos, pero no es necesario entenderlos a tales niveles técnicos para saber qué es un quark: las partículas más pequeñas de la materia, que interactúan libremente con las cuatro fuerzas físicas elementales: fuerza gravitacional, fuerza electromagnética, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil.

Con los leptones, los quarks son los mismos ladrillos de la materia. De la misma manera que hay materia y antimateria, también hay quarks y antiquarks.

Además, hay seis tipos o "me gusta" de quark. Así, se pueden construir todos los mesones y bariones de la materia, es decir, más de 200 partículas subatómicas diferentes, combinando tres quarks (o antiquarks) diferentes (bariones), o un quark-antiquark (mesones), conectados por interacciones fuertes.

Puede usar: Modelos atómicos

Descubrimiento de quarks

Durante muchas décadas, se asumió que los protones, neutrones y electrones eran las partículas fundamentales de la materia, es decir, nada podía existir más pequeño que ellos.

Sin embargo, el estudio de los nucleones (neutrones y protones, habitantes del núcleo del átomo) mostró que su tamaño era mucho mayor que los electrones y que esto podría suponer que a su vez estarían formados por algo más pequeño y simple. Los quarks vinieron a responder a esta pregunta.

Al mismo tiempo, eran propuesto en 1964 por Murray Gell-Mann y George Zweig, pero de forma totalmente independiente. Estos científicos notaron la necesidad de que existan quarks por la naturaleza de la fuerte interacción entre las partículas del núcleo atómico.

Además, muchas de sus propiedades eran inexplicables a menos que hubiera estructuras internas en protones y neutrones. Así, la existencia de tres partículas más pequeñas, llamadas quorks (más tarde Quarks, aunque Zweig originalmente propuso el nombre as o "as"), que tendría una carga eléctrica de 1/3 y 2/3 de carga.

Esta suposición se probó experimentalmente en SLAC (Centro acelerador lineal de Stanford o "Stanford Center for the Linear Accelerator") en los años siguientes. Pero el experimento señaló que no eran tres sino seis partículas las que podían componer protones y neutrones. Por este descubrimiento, Taylor, Kendall y Friedman ganaron el Premio Nobel de Física en 1990..

Modelo de quarks

quarks típicos
Cada tipo de quark tiene características específicas.

En el modelo estándar de materia que manipulamos hoy en día, los quarks ocupan el lugar más simple de la materia.

Dependiendo del tipo de quarks que combinemos, podremos obtener diferentes tipos de partículas, según la regla de clasificación de hadrones (el "modelo de quarks"), que establece seis tipos diferentes de quarks (o Sabores, "gustos"), cada uno con un "número cuántico" que define su carga eléctrica:

  • Arriba (hacia arriba). Con una isospina +1/2 como número cuántico.
  • Abajo (abajo). Con una isospina -1/2 como número cuántico.
  • Encanto (encanto). Con un encanto +1 como un número cuántico.
  • Extraño (extraño). Dotado de una extrañeza -1 como número cuántico.
  • Tope (Alto) o verdad (verdad). Dotado de superioridad (topness) +1.
  • Fondos (fondo) o belleza (belleza). Inferior (bajatividad) -1.

Todo esto puede parecer muy extraño y parecer sacado de un videojuego, pero tiene sentido en el modelo de quarks, si pensamos que estas diminutas partículas se unen en trillizos o intentan formar diferentes tipos de partículas subatómicas más grandes.

Cuando la suma de sus cargas da enteros, forman hadrones.

A esto hay que añadir, sin embargo, que los quarks puede tener otros tres tipos de carga, que es el "color". Sin embargo, no se trata realmente de color, sino que es el nombre que los científicos han puesto a esta propiedad que es un tipo de afinidad, responsable de la fuerte atracción nuclear (por otra partícula más llamada "gluones").

Estos colores pueden ser azul, verde o rojo, y esto es lo que distingue, por ejemplo, a los neutrones y protones de los electrones (partículas similares a leptones), porque estos últimos no están hechos de quarks y no sienten la interacción nuclear fuerte, sino los débiles.

Según este modelo, las partículas fundamentales de la materia son quarks y leptones.

Otras partículas subatómicas

Otros tipos de partículas subatómicas son:

  • Fermios. Con bosón, son las partículas fundamentales de la materia, caracterizadas por un espín o un momento angular semi-entero (1/2, 3/2, etc.). Sólo hay dos tipos de fermiones: quarks y leptones.
  • Leptones. Son un tipo de fermión, con un espín 1/2 (es decir, + o -) y que no experimenta, a diferencia de los quarks, la fuerte interacción nuclear de la materia. Hay seis tipos de leptones: electrones, muones, taus, neutrinos de electrones, neutrinos de muones y neutrinos tau. Los tres primeros tienen una carga eléctrica +1 o -1, y los otros cargan 0.
  • Bosons. Además de los fermiones, estas son las partículas fundamentales de la materia, caracterizadas por un espín entero (0, 1, 2, etc.) y no respetan el principio de exclusión de Pauli. Ejemplos de bosones son fotones, gluones o gravitones, es decir, partículas que implican fuerzas conocidas.
  • Mesones. Son bosones, es decir, hadrones de espín entero 0 o 1, que responden a una fuerte interacción nuclear, de modo que están hechos de quarks, dependiendo del estado quark-antiquark.
  • Bariones. Se componen de tres quarks y sus ejemplos más representativos son el neutrón y el protón, aunque hay otros tipos, extremadamente inestables.

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Referencias: