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Quark extraño

El quark extraño o quark s (de su símbolo, s) es el tercero más ligero de todos los quarks , un tipo de partícula elemental . Los quarks extraños se encuentran en partículas subatómicas llamadas hadrones . Algunos ejemplos de hadrones que contienen quarks extraños son los kaones (
K
), mesones D extraños (
D
s), bariones sigma (
Σ
) y otras partículas extrañas .

Según la IUPAP , el símbolo s es el nombre oficial, mientras que "strange" debe considerarse solo como un mnemónico. [2] El nombre sideways también se ha utilizado porque el quark s (pero también los otros tres quarks restantes) tiene un valor I 3 de 0 mientras que los quarks u ("arriba") y d ("abajo") tienen valores de + ⁠1/2⁠ y − ⁠1/2⁠ respectivamente. [3]

Junto con el quark charm , forma parte de la segunda generación de materia. Tiene una carga eléctrica de ⁠−+1/3⁠  e y una masa desnuda de95+9
−3 MeV/ c 2 . [1] Como todos los quarks , el quark extraño es un fermión elemental con espín ⁠ 1/2⁠ , y experimenta las cuatro interacciones fundamentales : gravitación , electromagnetismo , interacciones débiles e interacciones fuertes . La antipartícula del quark extraño es el antiquark extraño (a veces llamado antiquark extraño o simplemente antistrange ), que se diferencia de él solo en que algunas de sus propiedades tienen la misma magnitud pero signo opuesto .

La primera partícula extraña (una partícula que contiene un quark extraño) fue descubierta en 1947 ( kaones ), pero la existencia del propio quark extraño (y la de los quarks arriba y abajo ) recién fue postulada en 1964 por Murray Gell-Mann y George Zweig para explicar el esquema de clasificación de la vía óctuple de los hadrones . La primera evidencia de la existencia de los quarks llegó en 1968, en experimentos de dispersión inelástica profunda en el Centro del Acelerador Lineal de Stanford . Estos experimentos confirmaron la existencia de los quarks arriba y abajo, y por extensión, de los quarks extraños, ya que eran necesarios para explicar la vía óctuple .

Historia

En los inicios de la física de partículas (primera mitad del siglo XX), se pensaba que los hadrones como los protones , neutrones y piones eran partículas elementales . Sin embargo, se descubrieron nuevos hadrones y el " zoológico de partículas " creció de unas pocas partículas a principios de los años 1930 y 1940 a varias docenas de ellas en los años 1950. Algunas partículas tenían una vida mucho más larga que otras; la mayoría de las partículas se desintegraban a través de la interacción fuerte y tenían una vida útil de alrededor de 10 −23 segundos. Cuando se desintegraban a través de las interacciones débiles , tenían una vida útil de alrededor de 10 −10 segundos. Mientras estudiaban estas desintegraciones, Murray Gell-Mann (en 1953) [4] [5] y Kazuhiko Nishijima (en 1955) [6] desarrollaron el concepto de extrañeza (que Nishijima llamó carga eta , en honor al mesón eta (
η
)) para explicar la "rareza" de las partículas de vida más larga. La fórmula de Gell-Mann-Nishijima es el resultado de estos esfuerzos por comprender las desintegraciones extrañas.

A pesar de su trabajo, las relaciones entre cada partícula y la base física detrás de la propiedad de extrañeza seguían sin estar claras. En 1961, Gell-Mann [7] y Yuval Ne'eman [8] propusieron de forma independiente un esquema de clasificación de hadrones llamado vía óctuple , también conocida como simetría de sabor SU(3) . Esta ordenaba a los hadrones en multipletes de isospín . La base física detrás tanto del isospín como de la extrañeza solo se explicó en 1964, cuando Gell-Mann [9] y George Zweig [10] [11] propusieron de forma independiente el modelo de quarks , que en ese momento consistía solo en los quarks up, down y strange. [12] Los quarks up y down eran los portadores del isospín, mientras que el quark strange transportaba la extrañeza. Si bien el modelo de quarks explicaba la vía óctuple , no se encontró evidencia directa de la existencia de quarks hasta 1968 en el Centro del Acelerador Lineal de Stanford . [13] [14] Los experimentos de dispersión inelástica profunda indicaron que los protones tenían subestructura y que los protones formados por tres partículas más fundamentales explicaban los datos (confirmando así el modelo de quarks ). [15]

Al principio la gente se mostró reacia a identificar los tres cuerpos como quarks, prefiriendo en su lugar la descripción de los partones de Richard Feynman , [16] [17] [18] pero con el tiempo la teoría de los quarks fue aceptada (véase Revolución de Noviembre ). [19]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab M. Tanabashi et al. (Particle Data Group) (2018). "Revisión de la física de partículas". Physical Review D . 98 (3): 1–708. Bibcode :2018PhRvD..98c0001T. doi : 10.1103/PhysRevD.98.030001 . hdl : 10044/1/68623 . PMID  10020536.
  2. ^ Cohen, Richard E.; Giacomo, Pierre. Símbolos, unidades, nomenclatura y constantes fundamentales en física (PDF) (edición de 2010). IUPAP. pág. 12. Archivado desde el original (PDF) el 18 de marzo de 2015. Consultado el 25 de marzo de 2017 .
  3. ^ McGervey, John D. (1983). Introducción a la física moderna (segunda edición). Nueva York: Academic Press. pág. 658. ISBN 978-0-12-483560-3. Recuperado el 25 de marzo de 2017 .
  4. ^ M. Gell-Mann (1953). "Espín isotópico y nuevas partículas inestables" (PDF) . Physical Review . 92 (3): 833. Bibcode :1953PhRv...92..833G. doi :10.1103/PhysRev.92.833.
  5. ^ Johnson, G. (2000). Extraña belleza: Murray Gell-Mann y la revolución en la física del siglo XX. Random House . p. 119. ISBN 978-0-679-43764-2A finales del verano... [Gell-Mann] completó su primer artículo, 'Isotopic Spin and Curious Particles' y lo envió a Physical Review . A los editores les desagradó el título, así que lo modificó a 'Strange Particles'. Tampoco aceptaron ese título (no importa que casi todo el mundo utilizara el término) y sugirieron en su lugar [ sic ] 'Isotopic Spin and New Unstable Particles'.
  6. ^ Nishijima, Kazuhiko (1955). "Teoría de independencia de carga de partículas V". Progreso de la física teórica . 13 (3): 285. Bibcode :1955PThPh..13..285N. doi : 10.1143/PTP.13.285 .
  7. ^ Gell-Mann, Murray (2000) [1964]. "El camino óctuple: una teoría de la simetría de interacción fuerte". En Ne'eman, Y. (ed.). El camino óctuple . Westview Press . p. 11. ISBN 978-0-7382-0299-0.
    Original: Gell-Mann, Murray (1961). "El camino óctuple: una teoría de simetría de interacción fuerte". Instituto Tecnológico de California . Informe del Laboratorio de Sincrotrón CTSL-20.
  8. ^ Y. Ne'eman (2000) [1964]. "Derivación de interacciones fuertes a partir de la invariancia de calibración". En M. Gell-Mann, Y. Ne'eman (ed.). El camino óctuple . Westview Press . ISBN 978-0-7382-0299-0.
    Original Y. Ne'eman (1961). "Derivación de interacciones fuertes a partir de la invariancia de calibración". Física nuclear . 26 (2): 222. Bibcode :1961NucPh..26..222N. doi :10.1016/0029-5582(61)90134-1.
  9. ^ Gell-Mann, Murray (1964). "Un modelo esquemático de bariones y mesones". Physics Letters . 8 (3): 214–215. Código Bibliográfico :1964PhL.....8..214G. doi :10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
  10. ^ Zweig, G. (1964). "Un modelo SU(3) para la simetría de interacción fuerte y su ruptura". Informe del CERN n.º 8181/Th 8419 .
  11. ^ Zweig, G. (1964). "Un modelo SU(3) para la simetría de interacción fuerte y su ruptura: II". Informe del CERN n.º 8419/Th 8412 .
  12. ^ Carithers, B.; Grannis, P. (1995). "Descubrimiento del quark top" (PDF) . Beam Line . 25 (3): 4–16 . Consultado el 23 de septiembre de 2008 .
  13. ^ Bloom, ED; Coward, D.; et al. (1969). "Dispersión e–p inelástica de alta energía a 6° y 10°". Physical Review Letters . 23 (16): 930–934. Código Bibliográfico :1969PhRvL..23..930B. doi : 10.1103/PhysRevLett.23.930 .
  14. ^ Breidenbach, M.; Friedman, J.; et al. (1969). "Comportamiento observado de dispersión de electrones y protones altamente inelástica". Physical Review Letters . 23 (16): 935–939. Bibcode :1969PhRvL..23..935B. doi :10.1103/PhysRevLett.23.935. OSTI  1444731. S2CID  2575595.
  15. ^ Friedman, JI "El camino hacia el Premio Nobel". Universidad de Hue . Archivado desde el original el 25 de diciembre de 2008. Consultado el 29 de septiembre de 2008 .
  16. ^ Feynman, RP (1969). "Colisiones de hadrones de muy alta energía" (PDF) . Physical Review Letters . 23 (24): 1415–1417. Código Bibliográfico :1969PhRvL..23.1415F. doi :10.1103/PhysRevLett.23.1415.
  17. ^ Kretzer, S.; Lai, H.; et al. (2004). "Distribuciones de partones de CTEQ6 con efectos de masa de quarks pesados". Physical Review D . 69 (11): 114005. arXiv : hep-th/0307022 . Código Bibliográfico :2004PhRvD..69k4005K. doi :10.1103/PhysRevD.69.114005. S2CID  119379329.
  18. ^ Griffiths, DJ (1987). Introducción a las partículas elementales . John Wiley & Sons . pág. 42. ISBN. 978-0-471-60386-3.
  19. ^ Peskin, ME; Schroeder, DV (1995). Introducción a la teoría cuántica de campos . Addison–Wesley . pág. 556. ISBN. 978-0-201-50397-5.

Lectura adicional