Quark extraño

El quark extraño o quark s (por 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. Ejemplos de hadrones que contienen quarks extraños incluyen kaons (
K
), extraños mesones D (
D
_s), bariones Sigma (
Σ
), y otras partículas extrañas.

Según la IUPAP, el símbolo s es el nombre oficial, mientras que "extraño" debe ser considerado sólo como un mnemotécnico. El nombre de lado también se ha utilizado porque el quark s tiene un valor I3 de 0 mientras que los quarks u ("arriba") y d ("abajo") tener valores de +1/2 y −1/2 respectivamente.

Junto con el quark charm, forma parte de la segunda generación de materia. Tiene una carga eléctrica de −1/< span class="den">3 e y una masa desnuda de 95+9
−3 MeV/c2. 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 quark antistrange o simplemente antiquark), que se diferencia de él solo en que algunos de sus propiedades tienen igual magnitud pero signo contrario.

La primera partícula extraña (una partícula que contiene un quark extraño) se descubrió en 1947 (kaons), pero la existencia del quark extraño en sí (y la de los quarks arriba y abajo) solo fue postulada en 1964 por Murray Gell- Mann y George Zweig para explicar el esquema de clasificación de los hadrones óctuple camino. La primera evidencia de la existencia de los quarks llegó en 1968, en experimentos de dispersión inelástica profunda en el Centro Acelerador Lineal de Stanford. Estos experimentos confirmaron la existencia de quarks arriba y abajo, y por extensión, quarks extraños, ya que eran necesarios para explicar el camino óctuple.

Historia

En los inicios de la física de partículas (primera mitad del siglo XX), se pensaba que los hadrones, como los protones, los neutrones y los piones, eran partículas elementales. Sin embargo, se descubrieron nuevos hadrones y el "zoológico de partículas" creció de unas pocas partículas a principios de las décadas de 1930 y 1940 a varias docenas de ellas en la década de 1950. Algunas partículas vivieron mucho más que otras; la mayoría de las partículas se descompusieron a través de la fuerte interacción y tuvieron una vida útil de alrededor de 10⁻²³ segundos. Cuando decaían a través de las interacciones débiles, tenían una vida útil de alrededor de 10⁻¹⁰ segundos. Mientras estudiaban estos decaimientos, Murray Gell-Mann (en 1953) y Kazuhiko Nishijima (en 1955) desarrollaron el concepto de extrañeza (que Nishijima llamó eta-charge, en honor a la eta mesón (
η
)) para explicar el "extrañeza" 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 y Yuval Neeman propusieron de forma independiente un esquema de clasificación de hadrones llamado vía óctuple, también conocida como simetría de sabor SU(3). Esto ordenó a los hadrones en multipletes de isospín. La base física detrás del isospin y la extrañeza solo se explicó en 1964, cuando Gell-Mann y George Zweig propusieron de forma independiente el modelo de quark, que en ese momento consistía solo en los quarks arriba, abajo y extraño. Los quarks arriba y abajo eran los portadores del isospin, mientras que el quark extraño llevaba 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 Stanford Linear Accelerator Center. Los experimentos de dispersión inelástica profunda indicaron que los protones tenían una subestructura, y que los protones formados por tres partículas más fundamentales explicaban los datos (confirmando así el modelo de quark).

Al principio, la gente era reacia a identificar los tres cuerpos como quarks, prefiriendo en cambio la descripción de partón de Richard Feynman, pero con el tiempo la teoría del quark fue aceptada (ver Revolución de noviembre).