¿Qué son los quarks?

Miremos la imagen que se muestra en la pantalla. Esta clásica imagen representa un átomo, considerados como los ladrillos básicos de todas las cosas que existen. Sin embargo, como veremos en la imagen, los átomos están compuestos por otras partículas más pequeñas de las que probablemente hemos escuchado. Tienen un núcleo compuesto de protones y neutrones, y alrededor de ellos orbitan los electrones. Usualmente las personas pensamos que estas tres son las partículas más pequeñas de nuestro universo. Sin embargo, aunque no lo creas, existen otras partículas sin las cuales los átomos, y por lo tanto nosotros, no existiríamos: los quarks.

[música]

Antes de explicar qué son los quarks, es conveniente saber a qué se refieren los físicos cuando hablan de partículas fundamentales. En nuestro universo existe un gran número de partículas, como los protones, los electrones, los fotones y los neutrinos. Todas estas han sido catalogadas por los científicos junto con sus propiedades. Ahora, algunas de estas partículas están formadas por otras partículas, de una manera similar al átomo que está compuesto por neutrones, protones y electrones. Por otro lado, otras partículas no están formadas por nada más, hasta donde sabemos. Este es el caso, por ejemplo, de los electrones o de los fotones. A este tipo de partícula que no está compuesta de otras cosas, los científicos las llaman partículas fundamentales.

Los quarks son un tipo de partícula fundamental y, como explica Don Lincoln, físico que aportó al descubrimiento de los quarks, son los bloques constitutivos más pequeños de la materia. Sin ellos no sería posible la existencia de átomos.

Como explica Javier Santaolaya, doctor en física por su estudio de bosones W en la Organización Europea para la Investigación Nuclear, CERN, en los años 30 los científicos pensaban que tenían todo lo necesario para explicar el comportamiento de la materia, tras haber descubierto los neutrones, electrones y protones. Lo que se pensaba en esa época es que eran las unidades más pequeñas de la materia. Los protones, con una carga eléctrica positiva, y los neutrones, con una carga neutra, formaban el núcleo de los átomos. Los protones eran de especial importancia, pues la cantidad de protones determinaban la cantidad de electrones que orbitaban el núcleo, lo que a su vez determina las propiedades químicas del átomo. En simple, determinaba de qué elemento era. Así, un átomo con un solo protón es un átomo de hidrógeno, mientras que un átomo con dos protones es un átomo de helio. Con estas tres partículas se pensaba que se tenía una explicación completa de la materia.

Sin embargo, en las dos décadas siguientes, los físicos estaban desconcertados, ya que en experimentos empezaron a detectarse partículas nuevas que no parecían ser necesarias para describir el comportamiento de la materia. Por años, los científicos se preguntaron: ¿de dónde salen estas partículas? La respuesta llegó en 1964, cuando los físicos Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron una posible explicación a la que se llamó teoría de los quarks. En simple, esta teoría proponía que algunas partículas, como los protones y neutrones, estaban compuestas de partículas más fundamentales: los quarks. Además, Gell-Mann propuso tres tipos de quarks: up quark, down quark y strange quark. Si bien inicialmente esta era solo una teoría, se confirmó en la década de los 70.

Así, actualmente sabemos que los quarks son los componentes básicos de los protones y los neutrones. Además, aparte de los tres tipos de quarks iniciales, se descubrieron otros tres: el charm quark, descubierto en el 74; el bottom quark, descubierto en el 77; y el top quark, descubierto por el ya citado Don Lincoln tiempo después. A estos seis tipos de quarks los científicos los llaman sabores.

Pero, ¿qué función cumplen estos sabores? Los diferentes sabores de quarks pueden mezclarse para formar partículas. Para ello, cada sabor de quark tiene propiedades específicas. Si tomamos dos up quarks, cada uno con una carga positiva equivalente a 2/3 de la carga del electrón, y un down quark con una carga negativa de 1/3, entonces nos quedamos con una partícula cuya carga es positiva con un valor de 3/3, o sea, 1. Esta es la carga del protón. Así, cuando juntamos dos up quarks con un down quark, obtenemos un protón. Por otro lado, si tomamos dos down quark y un up quark, tenemos una carga de cero, que es justamente lo que se espera de un neutrón. Así, los quarks son los bloques básicos con los que se fabrican las partículas que forman parte del núcleo de los átomos o algunas otras partículas aún más complicadas que no veremos en este video. Cabe resaltar que el sabor no es la única propiedad extraña de los quarks, sino que también tienen una propiedad llamada color, de la que hablaremos en otro video.

Lo concreto es que la ciencia ha logrado demostrar que en realidad hay partículas más pequeñas de las que se pensó por mucho tiempo y cuyas propiedades pueden ayudarnos a resolver más misterios sobre nuestro universo. ¿Y tú, crees que podremos encontrar partículas aún más pequeñas? Si te gustó este video, no te olvides de suscribirte a nuestro canal de YouTube y ayúdanos compartiendo nuestro contenido.