Conociendo los constituyentes fundamentales de la materia
¿Alguna vez te has preguntado de qué están hechas las cosas? Los antiguos griegos pensaban que todo estaba hecho de cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. Hoy sabemos que estaban equivocados. Sin embargo, la idea de que la materia está hecha de bloques de construcción fundamentales era correcta.
Los átomos son los bloques básicos de la materia, pero los átomos no son indivisibles. Están hechos de partículas aún más pequeñas llamadas protones, neutrones y electrones. Pero, ¿de qué están hechos los protones y los neutrones? ¡Aquí es donde entran en juego los quarks!
¿Qué son los Quarks?
Los quarks son partículas elementales, lo que significa que no están hechas de nada más pequeño. Son los constituyentes fundamentales de la materia. Estos forman los protones y neutrones. A su vez, ellos forman los núcleos de los átomos. En otras palabras, ¡los quarks son como las piezas de Lego más pequeñas del universo!
Seis sabores de Quarks:
Existen seis tipos diferentes de quarks, que los físicos llaman “sabores”:
- Up (arriba): Es uno de los quarks más ligeros.
- Down (abajo): También es uno de los quarks más ligeros.
- Charm (encanto): Es más pesado que el quark up y el quark down.
- Strange (extraño): También es más pesado que el quark up y el quark down.
- Top (cima): Es el quark más pesado que se conoce.
- Bottom (fondo): Es más ligero que el quark top, pero más pesado que los otros cuatro quarks.
Protones y neutrones: ¡hechos de quarks!
Los protones y los neutrones están hechos de combinaciones de quarks up y down:
- Protón: Está formado por dos quarks up y un quark down (uud).
- Neutrón: Está formado por un quark up y dos quarks down (udd).
Por ejemplo, la carga eléctrica del quark up es +2/3, y la carga eléctrica del quark down es -1/3. La carga del quark up es +2/3. Para un protón compuesto por quarks up y down (uud), la carga total es +1. Esta suma es resultado de 2/3 + 2/3 – 1/3 = 1. Esta carga representa la carga eléctrica del protón.
¿Existiríamos sin los quarks?
En 1964, los físicos teóricos Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron por primera vez los quarks. Lo hicieron de manera independiente. Ambos científicos vieron que los quarks debían existir. Esta necesidad surgió por la naturaleza de la interacción fuerte entre partículas del núcleo atómico.
La existencia de los quarks fue confirmada experimentalmente en 1968 en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC)
En el año 2004 el premio Nobel de físics fue concedido a David J. Gross, H. David Politzer y Frank A. Wilczek por sus investigaciones sobre los quarks y la interacción fuerte.
Las Fuerzas Fundamentales y las Partículas Elementales: Leptones y Quarks
Las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza
También conocidas como interacciones fundamentales, son:
Interacción Nuclear Débil: Es la fuerza responsable de ciertos tipos de desintegraciones radiactivas, como la desintegración beta. Esta interacción tiene un papel crucial en los procesos nucleares en las estrellas y la producción de neutrinos.
Interacción Gravitatoria: Es la fuerza de atracción entre dos masas. Aunque es la más débil de las cuatro fuerzas, domina a escala macroscópica. Influye en la estructura y dinámica del universo. Esto ocurre desde planetas hasta galaxias.
Interacción Electromagnética: Es la fuerza que actúa entre partículas cargadas eléctricamente. Esta interacción es responsable de la formación de átomos, moléculas y la luz. Las partículas mediadoras de esta fuerza son los quarks y los fotones.
Interacción Nuclear Fuerte: Es la fuerza que mantiene unidos a los quarks dentro de los protones y neutrones. También mantiene a estos nucleones unidos en el núcleo atómico. Esta es la fuerza más fuerte pero actúa solo a distancias subatómicas. Las partículas mediadoras son los gluones.
Cada una de estas fuerzas juega un papel esencial en la estructura y dinámica del universo. ¡Es fascinante cómo estas fuerzas interaccionan para dar forma a todo lo que conocemos!
Las Familias más importantes de partículas: Leptones y Quarks (listados con las fuerzas fundamentales que cumplen):
Leptones (partículas fundamentales que incluyen al electrón, el muón, el tau y sus respectivos neutrinos)
- Electrón:
- Interacción Electromagnética
- Interacción Débil
- Interacción Gravitatoria
- Muón:
- Interacción Electromagnética
- Interacción Débil
- Interacción Gravitatoria
- Tau:
- Interacción Electromagnética
- Interacción Débil
- Interacción Gravitatoria
- Neutrinos (Neutrino Electrónico, Neutrino Muónico, Neutrino Tauónico):
- Interacción Débil
- Interacción Gravitatoria
Quarks
Interacción Nuclear Fuerte
Interacción Electromagnética (para los quarks con carga eléctrica fraccionaria)
Interacción Débil
Interacción Gravitatoria (aunque su efecto es insignificante a nivel subatómico)
Conclusión
Los quarks son únicos en su participación en la interacción fuerte, lo que los distingue de los leptones.
Esta interacción es esencial para la formación de los nucleones, que son protones y neutrones. Por ende, es fundamental para la estructura misma de los átomos. Sin la interacción fuerte, los núcleos atómicos no podrían existir. Esto se debe a los quarks que la forman. Por ende, la estructura básica de la materia, incluida la vida, se vería comprometida.
Título original: ¿Qué son los Quarks? – ENTERARSE