Cuark

Cuark

En física de partícules, els cuarks o quarks són els fermiones elementals massius que interactuen fortament formant la matèria nuclear i certs tipos de partículas anomenades hadrones. Junt en els leptones, són els constituents fonamentals de la matèria bariónica. Vàries espècies de cuarks es combinen de manera específica per a formar partícules subatòmiques tals com protones i neutrons.

Els cuarks són les úniques partícules fonamentals que interactuen per mig de les quatre interaccions fonamentals de la naturalea: la gravetat, l'interacció electromagnètica, la força nuclear dèbil i la força nuclear forta. Són partícules en espin 1/2, classificades com fermiones de Dirac, lo que implica que per a cada tipo de cuark existix una antipartícula corresponent, denominada anticuark.

Hi ha sis tipos distints de cuarks, cada u «portador» d'un número quàntic del model de cuarks. Els físics de partícules els han denominat de la següent manera:

Nom	Àlies (traducció)	Número quàntic
cuark o	up (dalt)	Isospin +1/2
cuark d	down (avall)	Isospin −1/2
cuark c	charm (encant)	encant +1
cuark s	strange (estrany)	estranyea −1
cuark t	top/truth (cim/veritat)	topness (superioritat) +1
cuark b	bottom/beauty (fondo/bellea)	bottomness (inferioritat) −1

Els cuarks s, c, t i b són lo suficientment massius per a decaure en atres cuarks per mig de l'interacció dèbil. Els cuarks o i d són els més estables.

Una hipòtesis central, pero no comprovada, és que els cuarks no poden observar-se lliures sino confinats en grups, fenomen cridat confinament de color.

Els hadrones d'espin sancer (bosón) es classifiquen com els posades i els de espin semientero (fermión) com bariones. Les posades observades són consistents en una composició de (una parella cuark-anticuark) i els bariones com la composició de tres cuarks o anticuarks.

Gell-Mann en 1965 i Zweig varen propondre hadrones hipotètics composts per més de tres cuarks com els tetracuarks (en quatre cuarks), pentacuarks (en cinc cuarks) i molècules hadrónicas. Açò seria una conseqüència directa del confinament del color. En l'any 2003 es va trobar evidència experimental d'una nova associació de cinc cuarks, els pentaquark, evidència, en principi controvertida, que va ser demostrada gràcies al Gran Colisionador de Hadrones en juliol de 2015.

Model de cuarks

Vore també: Model de cuarks

Octet de bariones segons el model de cuarks.

La noció de cuark teòrica naix de l'intent de classificar als hadrones, ara explicats gràcies al model de cuarks. Murray Gell-Mann i Kazuhiko Nishijima varen realisar eixa classificació de manera independent en 1964.

Els cuarks són la conclusió dels intents de trobar els fonaments de la construcció de la matèria. En el triumfo de la teoria atòmica en el XIX es concloïa que els àtoms eren els components últims de la matèria i d'ahí el seu nom per ser indivisibles. En el model atòmic de Rutherford es va demostrar que l'àtom no era indivisible, constava d'un núcleu i d'una núvol electrònic. Es va demostrar posteriorment que el núcleu atòmic estava conformat de protones i neutrons. En sol cinc partícules elementals, aparte dels protones, neutrons i electrons, en la década de 1930 varen començar a aparéixer els muones d'alta radiació i alguns neutrinos de forma indirecta. La confirmació de més posades i bariones, primer en experiments en alta radiació i després en acceleradors de partícules, va donar l'impressió de que nos enfrontàvem a un zoològic de partícules i va anar l'impuls per a buscar cada volta més partícules elementals.

L'esquema usat per Gell-Mann per a unir a les partícules era per mig de la seua isospín i la seua estranyea. Va utilisar una unitat simètrica derivada del àlgebra actual, que es coneix com una aproximació de la simetria quiral de la cromodinámica quàntica (QCD). Esta és una simetria global de sabor SU(3) que no deu confondre's en la simetria gaugeana de la cromodinámica quànticaPlantilla:Qué. En este esquema, els posades llaugers (d'espin 0) i els bariones (espin −1/2) estaven agrupats junts en octets de simetria de sabor. Una classificació dels bariones d'espin −3/2 en una representació 10 va tirar la predicció d'una nova partícula, la Ω⁻. El seu descobriment en 1964 va dur a l'acceptació d'este model. La representació 3 que faltava va ser identificada com els cuarks.^{cita requerida}

L'esquema va ser anomenat per Gell-Mann com d'huit maneres (eightfold way en anglés), una inteligent associació dels octets del model en els huit camins o maneres del budisme.

Descobriment experimental

Artícul principal → Dispersió inelástica profunda.

A mitan de la década de 1960 hi havia un cert consens en que el protón posseïa un tamany aproximat de 10^–15 m en una distribució suau de càrrega en el seu interior. Els anàlisis de certes propietats de reaccions d'altes energies de hadrones varen dur a Richard Feynman a postular subestructura de hadrones, als que ell va cridar partones (perque eren part dels hadrones).

La série d'experiments en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) entre 1967 i 1973 tenien com a objectiu estudiar la dispersió electró-protón i vore la distribució de càrrega en el protón. Estos experiments eren molt semblats als realisats per Ernest Rutherford anys abans per a confirmar l'existència del núcleu atòmic. El SLAC és un accelerador de partícules llineal a on partícules com els electrons poden alcançar energies de fins a 50 GeV, lo suficient per a que puguen traspassar nucleones.

L'anàlisis teòric de les colisions inelásticas que tingueren lloc entre l'electró i el protón ho havia treballat James Bjorken. Est va considerar vàries hipòtesis per a explicar la funció de forma de la dispersió. De totes elles, la més especulativa era considerar al protón compost per partícules puntuals carregades i en espin $1/2$. En analisar les senyes per a diferents cantitats de moment transferits al protón, es va comprovar que l'ajust de Bjorken en tal hipòtesis era l'adequat. S'havien descobert els cuarks (inicialment, cridats partones) de manera experimental lo que va permetre obtindre el premi Nobel de Física de 1990 a Taylor, Kendall i Friedmann, líders dels experiments en el SLAC.

Més alvance atres experiments de colisions inelásticas en neutrinos fetes en el CERN varen servir per a confirmar els resultats de el SLAC. Es va confirmar que els partones de Feynmann i els cuarks eren exactament la mateixa cosa. En la prova de la llibertat asintòtica en la cromodinámica quàntica que varen realisar en 1973 David Gross, Frank Wilczek i David Politzer, la conexió es va fer estable. A estos científics se'ls va concedir el premi Nobel de Física en el 2004 per este treball. Kendall va dir sobre la troballa:

... el descobriment específic va ser un descobriment. No sabíem si estaria ahí, i tampoc ningú en este món —ni la gent que va inventar el cuark ni tota la comunitat teòrica—. Ningú podia dir específica i unívocamente: hey amics vagen pel cuark. Esperem que estiga en els nucleones.

Vore també

• Confinament del color.
• Física de partícules.
• Forces fonamentals.
• Murray Gell-Mann.
• Leon Max Lederman.
• Preón.
• Model estàndar de física de partícules.