Quarks

La teoría de los quarks fue propuesta a principios de los años 60 por el físico Murray Gell-Mann con el objeto de poner orden en la aparente mezcolanza de hadrones conocidos en la fecha. Gell-Mann llegó a la conclusión de que ciertas partículas elementales compartían varias características comunes y podían ser agrupadas en familias (a través de ciertos diagramas simétricos). Gell-Mann propuso que esto podía ser debido a la existencia de ciertas subpartículas, por debajo de lo que hasta entonces se creían partículas fundamentales, que adecuadamente combinadas daban lugar a todas las partículas conocidas.

Basándose en una cita de una obra de James Joyce, Gell-Mann bautizó a las partículas como quarks. Los quarks deberían tener características muy extrañas, como por ejemplo una carga eléctrica fraccionaria, lo que chocaba directamente con todo lo conocido hasta la fecha. Sin embargo, la teoría de Gell-Mann fue publicada y alcanzó gran éxito, dado que cumplía los objetivos que cualquier teoría debe alcanzar: justificaba los hechos teóricos y predecía ciertos comportamientos no observados previamente.

Gell-Mann propuso originalmente tres quarks, bautizados como u (de up, arriba), d (de down, abajo) y s (de strange, extraño), cuyas cargas respectivas son +2/3, -1/3 y -1/3, y sus antipartículas respectivas (antiquarks), con cargas eléctricas opuestas. Estos serían los componentes de cualquier hadrón o mesón. P.e., el protón, con carga +1, sería una combinación de dos quarks u y un quark d. Un pión positivo sería una combinación de un quark u y un antiquark d, mientras que el pión negativo tendría la composición opuesta (un antiquark u y un quark d). Para justificar otras partículas conocidas la teoría de los quarks fue completada más adelante con la incorporación de otros tres quarks, bautizados como c (de charmed, encantado), b (de bottom, fondo) y [etq_B]t (de top, cúspide).

Sin embargo, la teoría no quedó completa en este estadio. Los quarks tienen un espín de 1/2, lo que los clasifica automáticamente como fermiones. Dado que las reglas de este tipo de partículas llevaban tiempo establecidas y funcionaban bien, la teoría fue revisada y completada para incluir los quarks, y se desarrolló una nueva teoría llamada cromodinámica cuántica, según la cual los quarks venían además en tres colores (una forma graciosa de nombrar una propiedad cuántica no conocida hasta entonces).

Con estas incorporaciones se alcanzaba un paralelismo con los leptones. Éstos se organizan claramente en tres grupos, denominados sabores: electrón y su neutrino; muón y su neutrino; y tauón y su neutrino. Análogamente, los quarks se dividen en tres sabores: u y d; s y c; b y t. En el caso de los quarks, hay que tener en cuenta además que cada sabor viene en tres colores. Eso hace un total de doce leptones y treinta seis quarks (recordemos que cada partícula tiene su correspondiente antipartícula). Los físicos tienen motivos para creer que estos son finalmente los componentes básicos de la materia, aunque hasta la fecha aún no se ha podido comprobar la existencia del quark t, el más masivo de todos ellos.

Existe un punto importante que hay que tener en cuenta con los quarks. No existen independientemente. No es posible tener quarks libres, porque cuanto más se separan, más fuertemente se unen (la partícula de intercambio que los mantiene unidos se llama gluón, de glue, cola). Los quarks existen únicamente formando hadrones o piones

© Jacobo Cruces Colado,
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