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 .
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]
A 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 usara el término) y sugirieron en su lugar [ sic ] 'Isotopic Spin and New Unstable Particles'.