Partículas subatómicas (página 2)

Quarks

El nombre genérico con que se designan los constituyentes de los hadrones. La teoría sobre los quarks se inicio a partir de los trabajos de Gell-Mann y Zweig (1966) y su existencia fue confirmada en 1977 (Por Fairbank y otros).

La física dedicada al estudio de la naturaleza fundamental de la materia ha formulado un modelo estándar, capaz de explicar una serie de hechos e incapaz de dar respuesta a otros. Este modelo se basa en la actualidad en la hipótesis de que la materia ordinaria esta formada por dos clases de partículas, los quarks (que se combinan para formar partículas mayores) y los leptones, además de que las fuerzas que actúan entre ellas se transmiten mediante una tercera clase de partículas llamadas bosones, que ya explicamos anteriormente. El spin de los quarks es de ½, hay seis tipos distintos de quarks que los físicos han denominado de la siguiente manera: up, down, charm, strange, top, y bottom además de los correspondientes antiquarks.

La carga eléctrica de los quarks es fraccionaria de la unidad fundamental de carga; así por ejemplo, el quark up tiene una carga fraccionaria igual a 2/3 de la unidad elemental. Los quarks no se encuentran libres en la naturaleza sino formando hadrones, estos se dividen en dos tipos: mesones: Formados por un quark y un antiquark bariones: Formados por tres quarks

Además de las cargas ya mencionadas, los quarks tienen otra carga de color, que no tiene nada que ver con el color real de estas partículas, y que mantiene unidos a los quarks mediante la interacción fuerte, además de ser la responsable de la formación de estos hadrones. Esta interacción esta descrita por la cromo dinámica cuantica (QCD). Existen tres tipos de carga de color: roja, azul y verde. Los antiquarks presentan además cargas opuestas, antirroja, antiazul, y antiverde. Los quarks están unidos entre si mediante el intercambio de partículas virtuales mediadoras de la interacción fuerte: los gluones. Junto a los leptones, los quarks forman prácticamente toda la materia de la que estamos rodeados. El termino quark, fue propuesto por Murria Gell-Mann, sacado de una novela de James Joyce, Finegan’s wake, del verso Three Quarks for Mr. Mark.

Leptón

Nombre que recibe cada una de las partículas elementales de spin igual a +1/2 y masa inferior a la de los mesones. Los leptones son fermiones entre los que se establecen interacciones débiles, y solo interacciones electromagnéticas si poseen carga eléctrica. Además, los leptones con carga eléctrica se encuentran casi siempre unidos a un neutrino asociado.

Existen tres tipos de leptones: el electrón, el muon y el tau. Cada uno esta representado por un par de partículas. Una es una partícula masivamente cargada, que lleva el mismo nombre que su partícula, (Como el electrón). La otra es una partícula neutral casi sin masa llamada neutrino (tal como el electrón neutrino). Todas estas 6 partículas tienen antipartículas correspondientes (tales como el positrón o el electrón antineutrino). Todo los leptones cargados tienen una sola unidad de energía positiva o negativa (de acuerdo a si son partículas o antipartículas) y todos los neutrinos y antineutrinos tienen cero carga eléctrica. Los leptones cargados tienen 2 posibles giros de spin mientras que una sola helicidad es observada para los neutrinos (Todos los neutrinos son zurdos y los antineutrinos diestros). Los leptones obedecen a una simple relación conocida como la formula Koide. Cuando las partículas interactúan, generalmente el numero de leptones del mimo tipo (electrones y electrones neutrinos, muones y muones neutrinos, leptones tau y tau neutrinos) se mantienen igual. Este principio es conocido como la conservación del numero lepton.

Hadrones

El hadron es una partícula subatómica compuesta de quarks, caracterizada por relacionarse mediante interacciones fuertes. Aunque pueden manifestar también interacciones débiles y electromagnéticas, en los hadrones predominan las interacciones fuertes, que son las que mantienen la cohesión interna en el núcleo atómico. Estas partículas presentan dos categorías: los bariones formados por tres quarks, como el neutron y el protón y los mesones, formados por un quark y un antiquark, como el pion. La mayoría de los hadrones pueden ser clasificados con el modelo quark que implica que todos los números cuanticos de bariones son derivados de aquellos de valencia quark.

Neutrino

Partícula nuclear elemental eléctricamente neutra y de masa muy inferior a la del electrón (posiblemente nula). El neutrino es un fermión; su espín es 1/2. Antes del descubrimiento del neutrino, parecía que en la emisión de electrones de la desintegración beta no se conservaban la energía, el momento y el espín totales del proceso. Para explicar esa incoherencia, el físico austriaco Wolfgang Pauli dedujo las propiedades del neutrino en 1931.

Al no tener carga y poseer una masa despreciable, el neutrino es extremadamente difícil de detectar; las investigaciones confirmaron sus peculiares propiedades a partir de la medida del retroceso que provoca en otras partículas. Billones de neutrinos atraviesan la Tierra cada segundo, y sólo una minúscula proporción de los mismos interacciona con alguna otra partícula. Los físicos estadounidenses Frederick Reines y Clyde Lorrain Cowan, hijo, obtuvieron pruebas concluyentes de su existencia en 1956. La antipartícula del neutrino es emitida en los procesos de desintegración beta que producen electrones, mientras que los neutrinos se emiten junto con positrones en otras reacciones de desintegración beta. Algunos físicos conjeturan que en una extraña forma de radiactividad, llamada doble desintegración beta, dos neutrinos pueden, en ocasiones, fusionarse para formar una partícula a la que denominan "mayorón". Otro tipo de neutrino de alta energía, llamado neutrino muónico, es emitido junto con un muón cuando se desintegra un pión. Cuando un pión se desintegra, debe emitirse una partícula neutra en sentido opuesto al del muón para conservar el momento. La suposición inicial era que esa partícula era el mismo neutrino que conserva el momento en la desintegración beta. En 1962, sin embargo, las investigaciones demostraron que el neutrino que acompaña la desintegración de piones es de tipo diferente. También existe un tercer tipo de neutrino, el neutrino tau (y su antipartícula).

Actualmente, la posibilidad de que los neutrinos puedan oscilar entre una forma y otra resulta de gran interés. Hasta ahora, las pruebas en ese sentido son indirectas, pero de confirmarse sugerirían que el neutrino tiene una cierta masa, lo que tendría implicaciones profundas para la cosmología y la física en general: esta masa adicional en el universo podría suponer que el universo no siga expandiéndose indefinidamente sino que acabe por contraerse. Aunque existen distintas interpretaciones, algunos científicos consideran que la información sobre neutrinos obtenida de la supernova SN 1987A apoya la idea de que el neutrino tiene masa.

Mesón

Nombre que recibe cada una de las partículas elementales sometidas a interacciones fuertes, de espín nulo o entero y carga bariónica nula.

Los mesones, identificados por Powell en 1947 en los rayos cósmicos y cuya existencia había sido postulada por Yukawa en 1935, son partículas inestables, de masa generalmente comprendida entre la de los electrones y la de los neutrones. Los más estables, cuya vida media es del orden de la cienmillonésima de segundo, son los piones y los kaones.

Bibliografía

Quimica, Septima edicion, Chang. P38

Quimica, Grupo editorial Iberoamerica, Mortimer. P79

Abril Tercero

México

Estudiante Ingeniería Mecatrónica