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PARTÍCULAS ELEMENTALES 757

Al igual que las partículas de las que forman parte, los quarks tienen propiedades como masa,
carga, spin, etc., y otras nuevas que se han llamado encanto, belleza y verdad. Lo que distingue a
un tipo de quark de otro se denomina sabor; así pues, existen quarks con seis sabores distintos.
La tabla siguiente especifica las características de los quarks:

CARGA NÚMERO
QUARK MASA (MeV) SPIN EXTRAÑEZA ENCANTO BELLEZA VERDAD
(e) BARIÓNICO
u 310 2/3 1/2 1/3 0 0 0 0

d 310 –1/3 1/2 1/3 0 0 0 0
s 505 –1/3 1/2 1/3 –1 0 0 0 Fig. XXX-42.– Combinaciones de
quarks y sus spines en las partículas
+
+
c 1 500 2/3 1/2 1/3 0 1 0 0 (a) S , (b) protón, (c) D .
b 5 000 –1/3 1/2 1/3 0 0 –1 0
t > 22 500 2/3 1/2 1/3 0 0 0 1

Los antiquarks correspondientes tienen los valores de tabla cambiados de signo, salvo la masa.
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Respecto de su tamaño no se puede afirmar nada rotundamente, pero parecen comportarse como
si su tamaño efectivo fuese del orden de 10 – 18 m, lo que da un volumen de 10 – 9 veces el del
protón. Por tanto, el protón y el neutrón, que con sus tres quarks cada uno tienen casi toda la
masa del átomo, están prácticamente vacíos.
De acuerdo con la teoría de Gell-Mann solamente son posibles tres tipos de combinaciones: un
quark y un antiquark forman un mesón, tres quarks dan un barión y tres antiquarks forman un an-
tibarión.
Para saber qué combinación de quarks compone cada barión debemos ver cuál es la adecua-
da para dar la carga, el spin y la extrañeza deseados. Consideremos algunos ejemplos:
El barión S tiene extrañeza S =–1, carga Q =+1 y spin 1/2. Para tener S =–1 debe contener
+
un quark s; si la carga es +1, los otros dos quarks han de ser u con carga 2/3 cada uno; y para
spin 1/2 las orientaciones de los de cada uno deben ser como en la figura XXX-42-a. Fig. XXX-43.– Desintegración rápida
D ® p +pº.
+
EL protón, por tener S =0 no puede contener un solo quarks s, que haría s =–1, ni un par ss ,
de S =–1 +1 =0, ya que esta pareja da B =1/3 – 1/3 =0 y no podríamos obtener B =1 para el
protón. La carga Q =+1 impone para esta partícula la combinación uud, que efectivamente pro-
porciona Q =2/3 +2/3 –1/3 =1. El spin 1/2 se consigue con una configuración como la de la figu-
ra XXX-42b.
+
La partícula D , de S =0, Q =+1 y spin 3/2, se puede esquematizar como en la figura XXX-42-c.
o
+
El modelo de los quarks nos permite además representar desintegraciones, como la D ® p +p ,
por ejemplo, de la figura XXX-43. El quark d invierte su spin de arriba a abajo, emitiendo a la vez
un pión neutro.
Una desintegración parecida es S ® p +p que se puede representar como en la figura XXX-44.
o
+
Un quark s debe cambiar aquí, no de spin sino de identidad (de sabor), un proceso que debe ser
más lento que el de la figura anterior, y de hecho así ocurre.
Una desintegración se efectúa rápidamente solamente si no hay cambio de sabor de ningún
quark.
La tabla adjunta indica la composición de mesones y bariones a partir de quarks:

MESÓN COMPOSICIÓN BARIÓN COMPOSICIÓN
p o uu ó d d p uud
p + ud n udd
K + us L o uds
K o ds S + uus
h o ss S o uds
S - dds
X o uss
X - dss
W - sss

En la composición de los bariones se observa un hecho fundamental: los quarks, por tener
spin 1/2 son fermiones y deben por tanto verificar el principio de exclusión de Pauli, sin embargo,
los quarks u del protón o los d del neutrón son idénticos. En consecuencia, estas partículas deben
tener una propiedad adicional que haga diferentes los dos u o los dos d mencionados como ejem- Fig. XXX-44.– Desintegración lenta
plo; se ha designado esta propiedad con el nombre de COLOR, y así se dice que un quark puede te- S ® p +pº.
+