Extrañeza

Propiedades de las partículas elementales

En física de partículas , la extrañeza (símbolo S ) ^{[1] [2]} es una propiedad de las partículas , expresada como un número cuántico , para describir la desintegración de partículas en interacciones fuertes y electromagnéticas que ocurren en un corto período de tiempo . La extrañeza de una partícula se define como: donde n $${\displaystyle S=-(n_{\text{s}}-n_{\bar {\text{s}}})}$$
_s
representa el número de quarks extraños (
s
) y n
_s
representa el número de antiquarks extraños (
s
). La evaluación de la producción de extrañeza se ha convertido en una herramienta importante en la búsqueda, descubrimiento, observación e interpretación del plasma de quarks y gluones (QGP). ^[3] La extrañeza es un estado excitado de la materia y su desintegración está gobernada por la mezcla de CKM .

Los términos extraño y extrañeza son anteriores al descubrimiento del quark, y se adoptaron después de su descubrimiento para preservar la continuidad de la frase: extrañeza de partículas como −1 y antipartículas como +1, según la definición original. Para todos los números cuánticos de sabor de quark (extrañeza, encanto , superioridad y inferioridad ) la convención es que la carga de sabor y la carga eléctrica de un quark tienen el mismo signo. Con esto, cualquier sabor transportado por un mesón cargado tiene el mismo signo que su carga.

Conservación

El decuplete bariónico muestra doce bariones formados por una combinación de tres quarks u, d o s, con un espín total de 3 ⁄ 2 . El eje vertical ( S ) indica extrañeza.

La extrañeza fue introducida por Murray Gell-Mann , ^[4] Abraham Pais , ^{[5] [6]} Tadao Nakano y Kazuhiko Nishijima ^[7] para explicar el hecho de que ciertas partículas, como los kaones o los hiperones
Σ
y
O
, se crearon fácilmente en colisiones de partículas, pero se desintegraron mucho más lentamente de lo esperado para sus grandes masas y grandes secciones transversales de producción . Al notar que las colisiones parecían producir siempre pares de estas partículas, se postuló que una nueva cantidad conservada, denominada "extrañeza", se conservaba durante su creación, pero no se conservaba en su desintegración. ^[8]

En nuestra comprensión moderna, la extrañeza se conserva durante las interacciones fuertes y electromagnéticas , pero no durante las interacciones débiles . En consecuencia, las partículas más ligeras que contienen un quark extraño no pueden desintegrarse mediante la interacción fuerte, y deben desintegrarse mediante la interacción débil, mucho más lenta. En la mayoría de los casos, estas desintegraciones cambian el valor de la extrañeza en una unidad. Sin embargo, esto no necesariamente se cumple en las reacciones débiles de segundo orden, donde hay mezclas de
K⁰
y
K⁰
mesones. En general, la cantidad de extrañeza puede cambiar en una reacción de interacción débil en +1, 0 o −1 (dependiendo de la reacción).

Por ejemplo, la interacción de un mesón K ⁻ con un protón se representa como: $${\displaystyle K^{-}+p\rightarrow \Xi ^{0}+K^{0}}$$ $${\displaystyle (-1)+(0)\rightarrow (-2)+(1)}$$

Aquí la extrañeza se conserva y la interacción procede a través de la fuerza nuclear fuerte. ^[9]

Sin embargo, en reacciones como la desintegración del kaón positivo: $${\displaystyle K^{+}\rightarrow \pi ^{+}+\pi ^{0}}$$ $${\displaystyle +1\rightarrow (0)+(0)}$$

Dado que ambos piones tienen una extrañeza de 0, esto viola la conservación de la extrañeza, lo que significa que la reacción debe realizarse a través de la fuerza débil. ^[9]

Véase también

• Extrañeza y plasma de quarks y gluones
• Partículas extrañas

Referencias

1. Jacob, Maurice (1992). La estructura de la materia en quarks. Apuntes de la conferencia científica mundial sobre física. Vol. 50. World Scientific. doi :10.1142/1653. ISBN. 978-981-02-0962-9.
2. Tanabashi, M.; Hagiwara, K.; Hikasa, K.; Nakamura, K.; Sumino, Y.; Takahashi, F.; Tanaka, J.; Agashe, K.; Aielli, G.; Amsler, C.; Antonelli, M. (17 de agosto de 2018). "Revisión de física de partículas". Physical Review D . 98 (3): 030001. Bibcode :2018PhRvD..98c0001T. doi : 10.1103/PhysRevD.98.030001 . hdl : 10044/1/68623 . ISSN  2470-0010. PMID  10020536. páginas 1188 (Mesones), 1716 y siguientes (Bariones)
3. Margetis, Spyridon; Safarík, Karel; Villalobos Baillie, Orlando (2000). "Producción de extrañeza en colisiones de iones pesados". Revista anual de ciencia nuclear y de partículas . 50 (1): 299–342. Código Bibliográfico :2000ARNPS..50..299S. doi : 10.1146/annurev.nucl.50.1.299 . ISSN  0163-8998.
4. Gell-Mann, M. (1953-11-01). "Espín isotópico y nuevas partículas inestables". Physical Review . 92 (3): 833–834. Bibcode :1953PhRv...92..833G. doi :10.1103/PhysRev.92.833. ISSN  0031-899X.
5. Pais, A. (1 de junio de 1952). "Algunas observaciones sobre las partículas V". Physical Review . 86 (5): 663–672. Bibcode :1952PhRv...86..663P. doi :10.1103/PhysRev.86.663. ISSN  0031-899X.
6. Pais, A. (octubre de 1953). "Sobre el sistema barión-mesón-fotón". Progreso de la física teórica . 10 (4): 457–469. Bibcode :1953PThPh..10..457P. doi : 10.1143/PTP.10.457 . ISSN  0033-068X.
7. Nakano, Tadao; Nishijima, Kazuhiko (noviembre de 1953). "Independencia de carga para partículas V". Progreso de la física teórica . 10 (5): 581–582. Código Bibliográfico :1953PThPh..10..581N. doi : 10.1143/PTP.10.581 . ISSN  0033-068X.
8. Griffiths, David J. (David Jeffery), 1942– (1987). Introducción a las partículas elementales . Nueva York: Wiley. ISBN 0-471-60386-4.OCLC 19468842  .{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link)
9. "El Premio Nobel de Física 1968". NobelPrize.org . Consultado el 15 de marzo de 2020 .