Fisica General Burbano

756 EL NÚCLEO ATÓMICO
La suma de los números de extrañeza se conserva en las interacciones fuertes y electromagnéticas,
y cambia en una unidad en interacciones débiles.
Como ejemplo de aplicación tenemos las siguientes reacciones:
Permitida:
Prohibida:
Una última ley de conservación es la del SPIN ISOTÓPICO o ISOSPÍN. Entre las partículas existen
familias de miembros con la misma masa e iguales tipos de interacción pero distinta carga; estas
familias se llaman multipletes y se considera a sus miembros como distinto estados de carga de
una entidad fundamental. Se asigna a cada familia un número cuántico I tal que el número de estados
de carga viene dado por el valor 2I + 1. Así, por ejemplo, al multiplete del nucleón le corresponde
I = 1/2 con lo que resulta 2I + 1 = 2, dos estados que son el protón y el neutrón; al multiplete
del pión le corresponde I = 1 ya que 2 I + 1 = 3, los tres estados de carga son p + , p – y p o . Una
partícula con un solo estado tiene I = 0 para que 2I + 1 sea igual a 1. Debido a la analogía con el
desdoblamiento de un nivel electrónico de momento angular l en 2l + 1 subniveles, se denomina I
NÚMERO CUÁNTICO DE ISOSPÍN.
El isospín puede representarse por un vector I caracterizado por su magnitud y su componente
I z
en una dirección que, a diferencia del spin, no tiene nada que ver con las direcciones espaciales
comunes. Su componente en la llamada dirección z del espacio de isospín adopta los valores I, I-1,
..., + 1, 0,–1, –I + 1, –I, que son enteros o semienteros según lo sea I. De esta forma, por ser para
el nucleón I = 1/2, I z
puede valer 1/2 (protón) y –1/2 (neutrón); para el pión, por ser I = 1, se tiene
I z
= +1 para el p + , I z
= 0 para el p o e I z
= –1 para el p – .
Cada orientación permitida al vector de isospin I está directamente relacionada con la carga de
la partícula representada.
La ventaja de esta representación es que basta un número cuántico, I, para designar a todos
los miembros de un multiplete, y que el desdoblamiento en varios estados de carga se puede describir
mediante los valores de la componente I z
.
Si expresamos la carga q de una partícula como q = Qe, el número de carga Q puede determinarse
en función del isospín, del número bariónico y de la extrañeza, mediante la expresión:
La carga y el número bariónico se conservan en todas las interacciones, por lo tanto:
I z
se conserva en las reacciones en que lo hace S, es decir, en las interacciones electromagnéticas
y fuertes, mientras que cambia con las débiles.
XXX – 45. EL modelo de los quarks
o
+ −
n+ p → K + S
− − +
p + p → p + S
B S
Q = Iz
+ +
2 2
En la década de 1960 el número de partículas supuestamente elementales creció constantemente
en un proceso que parecía no tener fin; con cada construcción de un acelerador capaz de
alcanzar mayor energía que el anterior se producía un auténtica avalancha de nuevas partículas.
La situación era parecida a la que se dio entre mediados de los siglos XVIII y XX, en que el número
de elementos químicos pasó de una docena a más de cien.
La búsqueda de los constituyentes últimos del universo parecía resuelta cuando con el protón,
el neutrón y el electrón se podía explicar la estructura de todos los elementos químicos. Sin embargo,
el sueño de haber llegado a esos constituyentes se vino abajo cuando empezaron a aparecer
neutrinos, positrones, antiprotones y un gran número de mesones e hiperones. Ante esta proliferación
los físicos se dedicaron a la búsqueda de componentes de la materia de un nivel inferior al de
las partículas elementales.
Los leptones son realmente partículas fundamentales; el electrón, los leptones m y t y sus neutrinos
correspondientes, son los seis conocidos hasta ahora. La proliferación de hadrones hizo pensar
que no eran partículas fundamentales y, en 1964, Murray Gell-Mann y Gerge Zweig llegaron
independientemente a formular la teoría sobre su composición (la del primero resultó ser más
completa y le valió el premio Nobel de Física de 1969).
Según Gell-Mann, los hadrones están formados por la unión de dos o de tres partículas a las
que llamó QUARKS, de los que propuso dos clases distintas que actualmente se conocen como u y d
(up: arriba, down: abajo), con sus correspondientes antiquarks, el antiarriba u y el antiabajo d .
Más tarde ha sido preciso introducir otros cuatro, además de sus antiquarks, que son los quarks
extraño s (extrange), encantado c (charmed), belleza o fondo b (beauty o botton) y verdad o cima t
(truth o top).
R
S
T
R
S
T
B:
S:
B:
S:
1+ 0 = 0 + 1
0 + 0 = 1−
1
1+ 0 = 0 + 1
0 + 0 ≠ 0 − 1
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