LAS PARTÍCULAS FUNDAMENTALES Y EL MODELO ESTÁNDAR

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

La primera familia está formada por el quark u y el quark d; el primero tiene una masa aproximada doscientas cincuenta veces menor que la masa del protón y el otro unas cien veces menor. La segunda familia está formada por el quark s y el quark c. La tercera está compuesta por el quark b y el quark t, de los cuales el segundo tie¬ne una masa mucho mayor. En cualquier caso es muy difícil determinar el valor de la masa de un quark, ya que los quarks no se pueden tener aislados. Por otro lado, la carga eléctrica de los quarks es fraccionaria de la unidad fundamental de carga. Así, por ejemplo, el quark u tiene una carga igual a 2/3 de la unidad elemental, aunque no se pueden observar tampoco cargas fraccionadas aisladas, ya que los quarks siempre están combinados. Es decir, los quarks forman partículas compuestas llamadas hadrones, palabra derivada de la griega hadrys (fuerte), de modo que la suma de las cargas eléctricas de los quarks que constituyen un hadrón es siempre un número entero.

Los diversos quarks se pueden combinar entre sí para dar lugar a todas las partículas conocidas, salvo los leptones y los bosones, y con este modelo se puede llegar a una buena aproximación en el conocimiento de las partículas elementales. Sin embargo, esta concepción, basada principalmente en la carga eléctrica, deja sin explicar numerosas cuestiones; por ejemplo, que no existan partículas formadas sólo por dos quarks ni tampoco quarks aislados. Para abordar éstas y otras cuestiones relativas a la estructura más íntima de la materia fue necesaria la introducción de un nuevo número cuántico, el color, cuyos tres valores caracterizan las partículas con mayor precisión.

Además, cada tipo de quark tiene su antipartícula correspondiente, distinguiéndose tres clases o colores diferentes dentro de cada quark o antiquark. Los quarks pueden ser rojos, azules o verdes, mientras que los antiquarks pueden ser antirrojos, antiazules o antiverdes. Estos colores representan una propiedad cuántica. Su significado es análogo al de la carga en la interacción electromagnética, pues dos quarks con distinto color se atraen.

Las interacciones fuertes entre quarks están mediadas por gluones, quienes carecen de masa y de carga eléctrica aunque tienen color, es decir, transportan pares color/anticolor. Si bien hay nueve combinaciones posibles, debido a consideraciones teóricas hay que eliminar una de ellas, quedando pues establecido en ocho el número total de gluones diferentes.

El modelo exige que las combinaciones de quarks y antiquarks para formar hadrones sólo pueden existir si el resultado final es un estado “singlete blanco”, o dicho de otro modo, color neutro. Antes del desarrollo de la cromodinámica cuántica, los físicos no podían explicar porqué los quarks sólo se combinan en bariones, partículas de tres quarks, y en mesones, partículas quark-antiquark, pero no, por ejemplo, en grupos de cuatro quarks. Ahora entendemos que sólo estas combinaciones pueden dar color neutro.

Igual que sucede con la carga eléctrica, también se conserva el color. De hecho, existen tantas analogías que ya se habla de “carga de color” y no simplemente de color. Cuando un quark absorbe o emite un gluón en su interacción con otro, su color debe cambiar de modo que el resultado final de la interacción mantenga el mismo color inicial. Por ejemplo, si un quark rojo emite un gluón rojo/antiazul, ha de transformarse en un quark azul para que el resultado global siga teniendo color rojo.

El hecho de que los gluones transporten carga de color hace que se sientan atraídos por las cargas de color de los otros quarks y otros gluones, de forma que la fuerza entre quarks es constante e independiente de la distancia. Esto significa que para separar dos quarks a una distancia mayor se requiere cada vez más energía, de modo que si pretendemos separarlos una distancia infinita, es decir, ver un quark aislado, es necesario ejercer una fuerza infinita. Esto explica el hecho denominado esclavitud infrarroja: no se pueden observar quarks libres, pues quedan confinados por la interacción fuerte. Las grandes distancias se designan como distancias infrarrojas, por eso esclavitud infrarroja es un término apropiado para describir el aumento de las interacciones entre quarks conforme se hace grande la distancia. En las pequeñas distancias, unos 10EXP(-18) m, la dependencia de los quarks de su propia carga de color desaparece, quedando prácticamente libres. Este fenómeno se llama libertad asintótica.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11