Partículas subatómicas. Quarks.

Imagen: RuanoRosa

Atendiendo a su espín, las partículas fundamentales se dividen en:

• Bosones (partículas de espín entero, como por ejemplo 0, 1, 2...), que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza, y 
• Fermiones (partículas de espín fraccionario, como por ejemplo 1/2 ó 3/2).

Representación artística del spin

Los bosones son partículas que no cumplen el principio de exclusión de Pauli, por lo que dos partículas pueden ocupar el mismo estado cuántico. Son los vectores de fuerza o partículas portadoras de las interacciones fundamentales, es decir, son los encargados de hacer notar los efectos de los campos a los que se encuentran asociados. Estas interacciones fundamentales se describen como el intercambio de una partícula virtual, un bosón, con un fermión real. La gravedad, el campo electromagnético, el electrofuerte y el electrodébil se “manifiestan” a través de bosones, encargados de portar sus efectos. 

Según el modelo estándar, los bosones son cuatro:

1. Fotón, portador de la fuerza electromagnética.
2. Bosón W, fuerza electrodébil (posee carga eléctrica).
3. Bosón Z, fuerza electrodébil (no posee carga).
4. Gluón, fuerza electrofuerte.

*Fuera de las consideraciones probadas del actual modelo estándar podemos encontrar el Bosón de Higgs, que sería (en el caso de existir) el que explicaría el origen de la masa de otras partículas elementales, en particular la diferencia entre el fotón (sin masa) y los bosones W y Z (relativamente pesados).

Los Fermiones sí cumplen el principio de exclusión de Pauli y se subdividen en dos grupos. El criterio de división atiende al tipo de interacción que se produce en cada uno de los casos. Los dos grupos son el de los Leptones, y el de los Quarks que serían los constituyentes fundamentales de la materia y de las partículas más pequeñas detectadas (protones y neutrones).

QUARKS

El concepto de quark fue expuesto por separado por los físicos estadounidenses Murray Gell-Man y George Zweig en 1963. Lo definieron como cada uno de los seis elementos básicos de los cuales se componen las partículas elementales llamadas hadrones, entre las cuales se cuentan los neutrones y los protones. 

En la naturaleza no se encuentran quarks aislados. Estos siempre se encuentran en grupos, llamados hadrones, de dos o tres quarks, conocidos como mesones (formados por un quark y un antiquark) y bariones (formados por tres quarks).

Los seis elementos básicos o tipos de quark se denominan up, down, strange, charm, bottom y top. La existencia de estas partículas fue confirmada treinta años después de elaborado el concepto, en 1994, cuando los investigadores del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), en Estados Unidos, anunciaron al mundo científico que habían encontrado experimentalmente pruebas de la existencia del quark top, el único que no había sido hallado hasta entonces. Los dos primeros tipos, up y down, se encuentran en la materia, los otros cuatro sólo existieron libres en los momentos iniciales del Big Bang; ahora se encuentran en los rayos cósmicos y, fugazmente, en los aceleradores de partículas.

Los quarks tienen una carga de color, que no tiene nada que ver con el color real de estas partículas, y que los mantiene unidos 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). 

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... y de la que, nosotros mismos, estamos hechos. -

"Los descubridores del quark bautizaron su hallazgo con una palabra extraída de la novela de James Joyce Finnegan's wake (El despertar de Finnegan), más precisamente de la frase «Three quarks for Muster Mark». En esta frase, Joyce toma el verbo inglés quark 'graznar', 'croar' para crear un sustantivo de significado parecido a «graznido», bastante diferente del sentido que le dieron los físicos norteamericanos".