¿Qué es un Quark?

Un quark es una pequeña partícula teórica que forma protones y neutrones en el núcleo atómico. Junto con los gluones, los quarks también forman hadrones más exóticos, como los mesones, que no son estables. Se llama teórico porque, si bien supone que su existencia contribuye a una mejor teoría de la física, nunca se ha observado directamente.

Junto con los leptones (electrones, muones, tau y sus neutrinos y antipartículas asociados), los quarks constituyen toda la materia visible en el universo. Son las únicas partículas fundamentales que interactúan entre sí a través de las cuatro fuerzas fundamentales: fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil, fuerza electromagnética y gravedad. Una propiedad básica de estas partículas es el confinamiento: todos los quarks forman hadrones, y necesariamente nunca son independientes. Las descripciones de sus propiedades físicas surgieron de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría de la fuerza nuclear fuerte que mantiene unido el núcleo atómico.

Como todas las otras partículas subatómicas, los quarks pueden describirse exhaustivamente por tres números cuánticos: spin J, paridad P y masa m. Como nunca están aislados, estas propiedades deben inferirse observando las partículas más grandes que forman. Hay seis tipos conocidos: arriba, abajo, encanto, extraño, arriba y abajo. Estos nombres son puramente arbitrarios y no sugieren nada sobre las propiedades de cada quark.

La materia normal que constituye la mayoría del universo está formada por quarks de arriba hacia abajo, que son las partículas más ligeras. Un protón está hecho de dos quark arriba y uno abajo, mientras que un neutrón está hecho de dos quark abajo y uno arriba.

Los Quarks tienen masas variables, que se miden en GeV (gigavoltios-electrones) sobre la velocidad de la luz al cuadrado. Las partículas subatómicas se miden en términos de la energía que producen en lugar de la masa en gramos. El quark down es aproximadamente el doble de masivo que el up. Lo extraño es aproximadamente 20 veces más masivo que el quark down. El quark de encanto es aproximadamente 10 veces más grande que eso, seguido por la parte inferior, que es aproximadamente tres veces más grande que el último, y finalmente el quark superior, que es el más masivo de todos. El aumento de la masa tiende a corresponder a la escasez de la partícula, y necesita condiciones físicas más exóticas para su manifestación.

Los físicos están al acecho de la materia de quark teorizada, una red hipotética hecha de quarks continuos conectados por gluones. Todavía no se sabe si este tipo de materia es físicamente posible. Si es así, probablemente se encuentre en el núcleo de estrellas extremadamente compactas que aún no se han colapsado en un agujero negro.