Los quarks son constituyentes elementales de protones y neutrones, clasificándose en seis tipos y actualmente se clasifican en seis tipos, a través de los aceleradores de partículas.
¿Sabes qué son los quarks? Vamos desde el principio.
A principios de los años treinta del siglo pasado se creía que la estructura del átomo estaba bien establecida, así como la del núcleo . En ese período, bajo la hipótesis de Wolfgang Pauli, en 1931, se consideraba que los componentes básicos de la materia eran los electrones , los protones , los neutrones y los neutrinos.
Así, se creía que el núcleo estaba formado por protones y electrones, con un exceso de protones para explicar su carga positiva . Sin embargo, esta posibilidad se descartó después de las mediciones de espín nuclear.
Unos años más tarde, Hideki Yukawa propuso la existencia de una nueva partícula que mediaría en la interacción que mantendría la cohesión de los neutrones y los protones en el núcleo. Esto se debe a que la interacción entre protones y neutrones debería estar mediada por alguna partícula , es decir, protones y neutrones interactuarían intercambiando una partícula. Tal partícula se denominó mesón p o pión. En 1936 se encontró otra partícula a la que llamaron muón, similar al electrón, pero 200 veces más pesada.
Sin embargo, se señaló la necesidad de mostrar la conexión básica existente entre partículas de diferentes familias, lo que, posteriormente, se denominó clasificación octal.
Y finalmente, buscando refinar esta clasificación octal, los físicos Murray Gell-Mann y George Zweig concluyeron que los patrones de camino óctuple se producirían naturalmente si algunas partículas fundamentales del átomo fueran aún más fundamentales. Estas partículas, por lo tanto, fueron llamadas quarks.
Pero, ¿qué son los quarks?
Definición
La existencia de los quarks fue propuesta recién en 1964, cuando el físico Murray Gell-Mann, del Instituto Tecnológico de California, descubrió que, para explicar las propiedades de los protones y los neutrones, era necesario que estuvieran compuestos por partículas más pequeñas.
Sin embargo, su existencia solo se confirmó entre 1967 y 1973, con experimentos realizados en el Centro Acelerador Lineal de Stanford.
Se descubrió, entonces, que es una partícula elemental y uno de los dos elementos básicos que constituyen la materia. Los quarks se combinan para formar partículas compuestas llamadas hadrones. Los más estables de este tipo son los protones y los neutrones, que son los componentes principales de los núcleos atómicos.
Su existencia nunca se da de forma aislada, ya que un quark siempre está asociado a otro. En este sentido, los quarks pueden observarse, pero nunca aislarse, lo que significa que no es posible sacar un quark del núcleo y examinarlo.
Para ello, es necesario utilizar aceleradores de partículas.
tipos de quarks
Los quarks se dividen en seis tipos, sin embargo, solo dos forman parte de la composición de protones y neutrones. Los otros cuatro tipos de quarks existieron solo durante los primeros momentos de la creación del Universo y solo es posible recrearlos a través de aceleradores de partículas.
Son ellos:
- Up: el más ligero de los tipos. Un protón tiene dos Ups en su interior y un neutrón tiene uno.
- Abajo (abajo) – Actúa en pareja con Arriba en la constitución de la materia. Un protón tiene un Down y un neutrón tiene dos.
- Charm: es mayor que Up y Down, sin embargo, solo se nota en los aceleradores de partículas.
- Extraño: es el compañero de Charm y también es demasiado pesado para permanecer de una pieza en la naturaleza. Existía sólo al comienzo de la creación del Universo.
- Top – es el más pesado de los quarks y su masa es igual a la de un átomo de oro.
- Abajo – Al igual que los anteriores, es demasiado pesado para hoy. Teniendo una duración en aceleradores de apenas una millonésima de millonésima de segundo.
propiedades
Los quarks tienen dos propiedades importantes: sabor y color. Sin embargo, no existe una relación con la comida, son solo analogías utilizadas para una mejor comprensión.
En cuanto a los sabores, se dividen en seis, explicados anteriormente, siendo: Up, Down, Charm, Strange, Top y Bottom. en cuanto a los colores, pueden ser: Rojo, Verde y Azul.
¿Los quarks tienen color?
Las partículas electrones, protones, neutrones y quarks están bajo el Principio de Exclusión de Pauli, el cual determina que dos partículas del mismo tipo no pueden ocupar el mismo estado cuántico, es decir que dos o más quarks del mismo sabor (tipo) no pueden ocupan el mismo estado.
Como resultado, un físico llamado Oscar Greenberg sugirió que los quarks poseían otra propiedad, análoga a la carga eléctrica , pero con tres variedades en lugar de dos (positiva y negativa). A esta propiedad se le denominó color, teniendo sus tres variedades denominadas rojo, verde (o amarillo) y azul.
Por tanto, el color es la naturaleza de la materia, así como la carga eléctrica es también la naturaleza de la materia. Algunas partículas están coloreadas, otras no. Los leptones no tienen color, son «blancos». Los quarks están coloreados.
El concepto de que los quarks tienen la propiedad del color resuelve el problema de las partículas formadas por un mismo quark, ya que, existiendo más de una propiedad, ya no son las mismas.
masa de quarks
Al principio, costaba creer que los quarks existieran porque se detectaban juntos y formaban nuevas partículas. Por esta razón, también es extremadamente difícil medir experimentalmente la masa de los quarks. La calidad varía según el sabor del quark, ver:
- Quark up: se mantiene entre 1,7 y 3,3 MeV
- Quark down: se mantiene entre 4,1 y 5,8 MeV
- Fondo de quark: 1270 MeV
- Parte superior de quark: 101 MeV
- Amuleto de quarks: 172 GeV
- Quark extraño: 4,19 GeV
Los datos anteriores se refieren a la masa estimada del quark aislado, es decir, la masa separada de las partículas que la pueden constituir.
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