Quark s

Elquarks,simbolitzat$s$,també anomenat quark estrany, és un dels sis tipus o aromes dequark.És una partícula fonamental de lamatèria(la major part de la qual està formada per quarks ileptons), que es caracteritza per tenir unacàrrega elèctricade –1/3 de lacàrrega elemental,unisoespín feble(isoespín a laforça nuclear feble) de –1/2 i unaaromade –1/2. La sevamassaés d'entre 80 MeV/c² i 4 130 MeV/c². Com tots els quarks, técàrrega de colori és sensible a lagravetati a laforça nuclear forta.La sevaantipartículaés l'antiquark s, que té càrrega d'anticolor.

Quark s

Classificació	quarkipartícula elemental
Composició	Partícula elemental
Estadística	Fermiònica
Grup	Quark
Generació	Segona
Interaccions	Forta,Feble,electromagnètica,gravitatòria
Símbol	s
Antipartícula	Antiquark s(s)
Teorització	Murray Gell-Mann(1964) George Zweig(1964)
Descoberta	1968
Massa	95+5 −5[[MeV/c2]]
Desintegració en	Quark amunt
Càrrega elèctrica	–1⁄3e
Càrrega de color	Blau, verd o vermell
Espín	1⁄2
Isoespín feble	LH:−1⁄2,RH:0
Hipercàrrega feble	LH:1⁄3,RH:−2⁄3
Paritat	1
Número de partícula de Monte Carlo	3

Fou un dels tres primers quarks a ser postulat, amb elsquarksuidi amb la mateixa teoria de quarks del físic estatunidencMurray Gell-Mannel1964.El quarkspertany al grup de quarks de segona generació, i és més inestable que els de la primera (quarksuid). La sevavida mitjanaes considera que és curta, com la delsleptonsde segona generació, però resulta molt difícil de mesurar a causa del seuconfinament.Sí que se sap que elshadronsque forma es desintegren ràpidament.

Quan algun quark o antiquarksés present en un hadró, el dota d'unnombre quànticanomenat «estranyesa», que ara es defineix com al nombre d'antiquarkssmenys el nombre de quarkss,però que és un concepte que ja existia abans d'haver proposat lateoria de quarksi en particular el quarks.De fet, sembla que al començament aquest quark podria haver estat batejat com a ‘quark al costat’ (enanglès,sideways,que comença per la lletrasigual questrange) i va passar a anomenar-se ‘estrany’ més tard, quan hom el va incloure en el que aleshores es coneixia com a partículesestranyes,caracteritzades per tenir una vida mitjana estranyament més alta que la que hom podria esperar.

Història

Estructura d'unkaóneutre$K^{0}$.

Estudiant elsraigs còsmics,els físics anglesosGeorge D. Rochester(1908-2001) iClifford C. Butler(1922-1999) descobriren elskaons.Sorprenentment, lavida mitjanaera estranyament superior a la d'altres partícules de massa semblant, es desintegraven en uns 10⁻¹⁰s quan s'esperava unavida mitjanamés curta, de l'ordre dels 10⁻²³s.Descobriren dos tipus de partícules, anomenades aleshoresmesóτ i mesó θ, que eren idèntiques en massa, i l'únic que aparentment les diferenciava era els seus processos de desintegració i el fet que els dos conjunts diferents de productes de desintegració tenien unaparitatdiferent. Actualment, s'anomenenkaóneutre$K^{0}$i antikaó neutre${\bar {K}}^{0}$,i es desintegren segons les següents equacions:

$$K^{0}\longrightarrow l^{+}+\nu _{l}+\pi ^{-},\quad {\bar {K}}^{0}\longrightarrow l^{-}+{\bar {\nu }}_{l}+\pi ^{+}$$ on$l^{+}$representa unleptópositiu (positró,antimuó,antitau),$l^{+}$un leptó negatiu (electró,muó,tauó),$\nu _{l}$unneutríassociat al leptó,${\bar {\nu }}_{l}$unantineutríassociat al leptó i$\pi ^{+}$i$\pi ^{-}$pions.

Murray Gell-Mann el 2012.

S'havien observat desintegracions de partícules perinteraccions fortesoelectromagnètiquesque conservaven laparitaten les seves desintegracions. Fins i tot amb la violació de la paritat, es pensava que la combinació de conjugació de càrrega i paritat deixaria el sistema invariant (invariància CP). Un experiment de Cronin i Fitch el 1964 demostrà que hi havia una petita violació de CP en la desintegració del kaó.El 1953, el físic estatunidencMurray Gell-Mann(1929-2019), en aquell moment a laUniversitat de Chicago,iKazuhiko Nishijima(1926-2009) a laUniversitat d'Osaka,de manera independent, explicaren la llarga vida mitjana dels kaons proposant un número quàntic nou. Aquest número, anomenat de manera imaginativa «estranyesa», permet a les partícules que el posseeixin decaure, però només eliminant una unitat d'estranyesa cada vegada. Aquest procés relativament lent crea cascades escalonades de partícules successivament menys estranyes, acabant finalment en partícules amb estranyesa zero.L'estranyesa es conserva quan qualsevol partícula subatòmica interacciona mitjançant la força nuclear forta. Per altra banda, els físics teòricsTsung-Dao Lee(1926) iChen Ning Yang(1922) proposaren l'any 1956 que la paritat no calia conservar-se en desintegracions d'interacció febles.El 1957 la física estatunidenca d'origen xinèsChien-Shiung Wu(1912-1997) mostrà aquesta violació de la conservació de la paritat en la desintegració β delcobalt.Així l'estranyesa no es conserva en desintegracions produïdes per la força nuclear feble.

El 1964, Gell-Mann iGeorge Zweig(1937), de forma independent,proposaren que els protons i neutrons estaven formats per un triplet de partícules més fonamentals, una amb càrrega de +2/3ei dues amb càrregues de –1/3e.Gell-Mann anomenà posteriorment els membres del seu triplet «quarks». Tota la matèria comuna es podia construir a partir del quarkuamb càrrega +2/3ei el quarkdamb càrrega –1/3e, tots dos amb un número d'estranyesa de zero. L'altre quark, el quarks,amb càrrega –1/3etenia una quantitat d'estranyesa; afegint aquests quarks «estranys» a la combinació es podien explicar les partícules amb un comportament «estrany».

Propietats

El quarksté unacàrrega elèctricade –⅓e,essentelacàrrega elèctrica elemental1,602 × 10^–19C, igual que els quarksdib.Com elselectronsi la resta de quarks, se suposa que és una partícula puntual, això és, no té volum. L'espíndel quarksval ½, l'isoespín0, elnombre bariònic⅓ i el nombre quàntic estranyesaS= –1. Els seus nombres quànticsencantC,bellesaBiveritatTvalen zero. Com la resta de quarks no existeix aïllat, ni se'l pot aïllar, i es presenta combinat amb d'altres, formantmesonsde dos quarks ibarionsde tres quarks. Les propietats del quarksfiguren a la següent taula i es comparen amb les dels altres quarks.

Nom	Símbol	Espín	Component de l'isoespín,I₃	Càrrega elèctrica(e)	Nombre bariònic	Estranyesa,S	Encant,C	Bellesa,B	Veritat,T	Massa (GeV/c²)
Quark u	$u$	1/2	+1/2	+2/3	1/3	0	0	0	0	0,002 16
Quark d	$d$	1/2	–1/2	–1/3	1/3	0	0	0	0	0,004 67
Quark s	$s$	1/2	0	–1/3	1/3	–1	0	0	0	0,0934
Quark c	$c$	1/2	0	+2/3	1/3	0	+1	0	0	1,27
Quark b	$b$	1/2	0	–1/3	1/3	0	0	–1	0	4,18
Quark t	$t$	1/2	0	+2/3	1/3	0	0	0	+1	172,69

L'antipartículadel quarksés l'antiquarks,que només es diferencia perquè algunes de les seves propietats són d'igual magnitud, però de signe oposat: així lacàrrega elèctricaque el quarksla té de –⅓ei l'antiquarksde +⅓e,elnombre bariònicde l'antiquarksés –⅓ i el nombre quàntic estranyesa 1.

Mesons i barions amb quarkss

Taula dels mesons més importants

Partícula	Símbol	Antipartícula	Composició	Massa (MeV/c2)	Estranyesa,S	Encant,C	Bellesa,B	Vida mitjana$\tau$(ns)	Modes decaïment
Kaó	K+	K–	$u{\bar {s}}$	493,7	+1	0	0	12,4	μ+νμ,π+π0
Kaó	K0s	K0s	1*	497,7	+1	0	0	0,089	π+π-,2π0
Kaó	K0L	K0L	1*	497,7	+1	0	0	< 52	π+e-νe
Mesó eta	η0	Self	${\frac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}{\sqrt {6}}}$	548,8	0	0	0	< 10–6	2γ, 3μ
Mesó eta prima	η0'	Self	${\frac {u{\bar {u}}+d{\bar {d}}-2s{\bar {s}}}{\sqrt {6}}}$	958	0	0	0	...	π+π-η
Mesó phi	φ	Self	$s{\bar {s}}$	1 020	0	0	0	20 × 10–14	K+K-,K0K0
Mesó D	D+s	D–s	$c{\bar {s}}$	1 969	+1	+1	0	4,7 × 10–4	K + _
Mesó Bs	Bs0	Bs0	$s{\bar {b}}$	5 370	–1	0	–1	...	B-s+ _

Taula dels barions més importants

Partícula	Símbol	Quarks	Spin	Massa (MeV/c²)	Estranyesa,S	Encant,C	Bellesa,B	Vida mitjana,τ (ps)	Desintegracions més importants
Xi neutra	$\mathrm {\Xi ^{0}} \,\!$	$\mathrm {uss} \,\!$	${\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}$	1 314,83	−2	0	0	290	${\begin{matrix}{}_{\Xi ^{0}\,\rightarrow \,\Lambda ^{0}+\pi ^{0}}&{}_{99,52\%}\\{}_{\Xi ^{0}\,\rightarrow \,\Sigma ^{0}+\gamma }&{}_{0,33\%}\end{matrix}}$
Xi negativa	$\mathrm {\Xi ^{-}} \,\!$	$\mathrm {dss} \,\!$	${\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}$	1 321,31	−2	0	0	164	${\begin{matrix}{}_{\Xi ^{-}\,\rightarrow \,\Lambda ^{0}+\pi ^{-}}&{}_{99,88\%}\end{matrix}}$
Omega	$\mathrm {\Omega ^{-}} \,\!$	$\mathrm {sss} \,\!$	${\begin{matrix}{\frac {3}{2}}\end{matrix}}$	1 672,45	−3	0	0	82,1	${\begin{matrix}{}_{\Omega ^{-}\,\rightarrow \,\Lambda ^{0}+K^{-}}&{}_{67,8\%}\\{}_{\Omega ^{-}\,\rightarrow \,\Xi ^{0}+\pi ^{-}}&{}_{23,6\%}\\\end{matrix}}$
Omega encantada	$\mathrm {\Omega _{c}^{0}} \,\!$	$\mathrm {ssc} \,\!$	${\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}$	2 697,5	−2	+1	0	0,069	${\begin{matrix}{}_{\Omega _{c}^{0}\,\rightarrow \,\Sigma ^{+}+K^{-}+K^{-}+\pi ^{+}}&{}_{??\,\%}\\{}_{\Omega _{c}^{0}\,\rightarrow \,\Xi ^{0}+K^{-}+\pi ^{+}}&{}_{??\,\%}\\\end{matrix}}$
Xi positiva encantada	$\mathrm {\Xi _{c}^{+}} \,\!$	$\mathrm {usc} \,\!$	${\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}$	2 468	−1	+1	0	0,442	${\begin{matrix}{}_{\Xi _{c}^{+}\,\rightarrow \,\Xi ^{0}+\pi ^{+}+\pi ^{0}}&{}_{??\,\%}\\{}_{\Xi _{c}^{+}\,\rightarrow \,\Xi ^{0}+e^{+}+\nu _{e}}&{}_{??\,\%}\\\end{matrix}}$
Xi neutra encantada	$\mathrm {\Xi _{c}^{0}} \,\!$	$\mathrm {dsc} \,\!$	${\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}$	2 471	−1	+1	0	0,112	${\begin{matrix}{}_{\Xi _{c}^{0}\,\rightarrow \,p+K^{-}+K^{-}+\pi ^{+}}&{}_{??\,\%}\\{}_{\Xi _{c}^{0}\,\rightarrow \,\Lambda ^{0}+K_{S}^{0}}&{}_{??\,\%}\\\end{matrix}}$

Bibliografia complementària

• Pickering,Andrew.Constructing Quarks: A Sociological History of Particle Physics(en anglès). University of Chicago Press, 1999-12.ISBN 978-0-226-66799-7.
• Riordan,Michael «The Discovery of Quarks».Science,256, 5061, 1992, pàg. 1287–1293.ISSN:0036-8075.
• MacDonald,James. «A Brief History of Quarks» (en anglès americà).JSTORDaily, 20-08-2015. [Consulta: 12 juny 2023].