Fisica General Burbano

PARTÍCULAS ELEMENTALES 757
Al igual que las partículas de las que forman parte, los quarks tienen propiedades como masa,
carga, spin, etc., y otras nuevas que se han llamado encanto, belleza y verdad. Lo que distingue a
un tipo de quark de otro se denomina sabor; así pues, existen quarks con seis sabores distintos.
La tabla siguiente especifica las características de los quarks:
QUARK
MASA (MeV)
CARGA
(e)
SPIN
NÚMERO
BARIÓNICO
EXTRAÑEZA ENCANTO BELLEZA VERDAD
u 310 2/3 1/2 1/3 0 0 0 0
d 310 –1/3 1/2 1/3 0 0 0 0
s 505 –1/3 1/2 1/3 –1 0 0 0
c 1 500 2/3 1/2 1/3 0 1 0 0
Fig. XXX-42.– Combinaciones de
quarks y sus spines en las partículas
(a) S + , (b) protón, (c) D + .
b 5 000 –1/3 1/2 1/3 0 0 –1 0
t > 22 500 2/3 1/2 1/3 0 0 0 1
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Los antiquarks correspondientes tienen los valores de tabla cambiados de signo, salvo la masa.
Respecto de su tamaño no se puede afirmar nada rotundamente, pero parecen comportarse como
si su tamaño efectivo fuese del orden de 10 – 18 m, lo que da un volumen de 10 – 9 veces el del
protón. Por tanto, el protón y el neutrón, que con sus tres quarks cada uno tienen casi toda la
masa del átomo, están prácticamente vacíos.
De acuerdo con la teoría de Gell-Mann solamente son posibles tres tipos de combinaciones: un
quark y un antiquark forman un mesón, tres quarks dan un barión y tres antiquarks forman un antibarión.
Para saber qué combinación de quarks compone cada barión debemos ver cuál es la adecuada
para dar la carga, el spin y la extrañeza deseados. Consideremos algunos ejemplos:
El barión S + tiene extrañeza S = –1, carga Q = +1 y spin 1/2. Para tener S = –1 debe contener
un quark s; si la carga es +1, los otros dos quarks han de ser u con carga 2/3 cada uno; y para
spin 1/2 las orientaciones de los de cada uno deben ser como en la figura XXX-42-a.
EL protón, por tener S = 0 no puede contener un solo quarks s, que haría s = –1, ni un par ss,
de S = –1 +1 = 0, ya que esta pareja da B =1/3 – 1/3 = 0 y no podríamos obtener B = 1 para el
protón. La carga Q = +1 impone para esta partícula la combinación uud, que efectivamente proporciona
Q = 2/3 + 2/3 –1/3 = 1. El spin 1/2 se consigue con una configuración como la de la figura
XXX-42b.
La partícula D + , de S = 0, Q = +1 y spin 3/2, se puede esquematizar como en la figura XXX-42-c.
El modelo de los quarks nos permite además representar desintegraciones, como la ∆ + → p + p o ,
por ejemplo, de la figura XXX-43. El quark d invierte su spin de arriba a abajo, emitiendo a la vez
un pión neutro.
Una desintegración parecida es S + → p + p o que se puede representar como en la figura XXX-44.
Un quark s debe cambiar aquí, no de spin sino de identidad (de sabor), un proceso que debe ser
más lento que el de la figura anterior, y de hecho así ocurre.
Una desintegración se efectúa rápidamente solamente si no hay cambio de sabor de ningún
quark.
La tabla adjunta indica la composición de mesones y bariones a partir de quarks:
MESÓN COMPOSICIÓN BARIÓN COMPOSICIÓN
p o
p +
K +
K o
h o
uu ó dd
ud
us
ds
ss
uud
udd
uds
uus
En la composición de los bariones se observa un hecho fundamental: los quarks, por tener
spin 1/2 son fermiones y deben por tanto verificar el principio de exclusión de Pauli, sin embargo,
los quarks u del protón o los d del neutrón son idénticos. En consecuencia, estas partículas deben
tener una propiedad adicional que haga diferentes los dos u o los dos d mencionados como ejemplo;
se ha designado esta propiedad con el nombre de COLOR, y así se dice que un quark puede te-
p
n
L o
+
S
o
S
−
S
o
X
−
X
−
W
uds
dds
uss
dss
sss
Fig. XXX-43.– Desintegración rápida
D + → p + pº.
Fig. XXX-44.– Desintegración lenta
S + → p + pº.