Bueno, para reducirlo a lo básico, los quarks tienen 3 propiedades que se ocupan directamente de su comportamiento. Estos son carga eléctrica, carga de color y, en cierta medida, sabor. Hay otras propiedades como masa y giro, pero se archivarán para esta discusión básica.
El color es el más complicado (pero necesario), así que lo discutiremos al final. Primero está la carga eléctrica. En la materia cotidiana normal, hay 2 tipos estándar de quarks. Si comprende la unidad básica (una) de carga eléctrica como la cantidad en un electrón o protón, entonces los dos tipos de quarks tienen cargas eléctricas de +2/3 y -1/3. No preguntes por qué, solo sonríe y asiente. Estos se llaman quarks “Arriba” y “Abajo” respectivamente.
Los sabores son lo que se podría llamar 2da y 3ra generación de estos dos quarks básicos. Estas generaciones son versiones más pesadas de los mismos quarks Up y Down. Son más masivos, tienen las mismas cargas eléctricas +2/3 y -1/3, pero en realidad solo existen en situaciones de alta energía, como el gran colisionador de hadrones, durante el Big Bang, etc. Los ves en la tabla de modelos estándar de partículas (donde muestran 6 quarks), los quarks de segunda generación o sabor son ‘Charm’ y ‘Strange’, y los quarks de tercera generación o sabor son ‘Top’ y ‘Bottom’. En esta existencia exótica de alta energía, las versiones más pesadas se comportan igual que la primera generación (sabor). También hay versiones antimateria (-2/3 y +1/3) de los 6 quarks. ¿Entendido? Bien, ahora deje de lado la discusión sobre el sabor, se discutió para que sepa por qué el modelo estándar muestra 6 quarks, pero para el resto solo discutiremos los dos principales ‘Arriba’ y ‘Abajo’.
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Bien ahora color. Es importante recordar que la carga de color NO tiene nada que ver con la luz, los colores en la vida cotidiana, la longitud de onda de los fotones, etc. Se le dio el nombre de este tipo de carga debido a la comprensión instintiva de la gente de la idea de 3 cargas opuestas (3 colores primarios). Está solo en NAME. En aras de la convención de nomenclatura solamente, cada quark puede poseer una de las 3 cargas, rojo, verde o azul (de nuevo, nada que ver con el color real). Estos quarks quieren existir en grupos haciéndolos color nuetral. En otras palabras, 1 de cada color en un grupo. Entonces 3 quarks forman un grupo, y nunca se encuentran solos. La fuerte fuerza nuclear media la fuerza de carga de color, uniendo estos quarks con los “gluones” (la partícula de fuerza, al igual que los fotones median la fuerza electromagnética). Entonces, cuando agregamos 3 quarks juntos para un conjunto de colores neutros, generalmente hay 2 opciones (ampliamente llamadas bariones);
+2/3 + -1/3 + -1/3 = 0 carga -> El neutrón
+2/3 + +2/3 + -1/3 = +1 carga -> El Protón
También hay pares quark / anti-quark en los que ambos quarks del par tienen cargas eléctricas opuestas idénticas y cargas de color opuestas idénticas que forman color y partículas eléctricamente neutras (ampliamente llamadas mesones).
Cada uno de los dos nucleones anteriores (neutrones / protones) tiene una carga neutra de color en general, pero aún así, ciertos “lados” del nucleón están cargados de color hacia un color más que los otros. Esta polarización residual de la carga de color crea una fuerza fuerte que se extiende fuera de los nucleones individuales y actúa entre nucleones separados, permitiendo que los protones y los neutrones se unan como un núcleo atómico. La fuerza fuerte es, mucho más fuerte que la fuerza electromagnética, por lo que los protones no se separan volando dentro de un núcleo atómico debido a la repulsión electromagnética de cargas similares. La fuerza fuerte dentro de los nucleones / núcleo es casi idéntica al concepto de la fuerza electromagnética que tira de un núcleo atómico junto con electrones para formar un átomo, y la polarización electromagnética residual de “lados” en un átomo creando la capacidad de los átomos para unirse a las moléculas. . Ahora decir que hay “lados” en los nucleones o átomos es bastante engañoso desde el punto de vista de la mecánica cuántica, pero eso es para otro día.
¿Por qué los quarks nunca existen en un estado solitario, sin color neutro? Bueno, en este aspecto, la fuerza fuerte difiere de la fuerza electromagnética. Donde el electromagnético se debilita con la distancia, la fuerza fuerte no. Es casi como una banda de goma, cuanto más tiras, más resiste. Necesita poner más y más energía en el sistema para separar cada vez más los quarks. En algún momento, hay tanta energía dentro del sistema, que el enlace de fuerza fuerte se “rompe” formando un par quark / anti-quark (energía de enlace convertida en masa). El nuevo quark vuelve al emparejamiento original, y el anti-quark va al quark que se “retira”, cada conjunto se convierte en color neutral e independientes. Por ejemplo, si intentamos tirar de un quark -1 / 3 ‘azul’ lejos de -1 / 3 ‘verde’ y + 2/3 ‘rojo’ quarks en un neutrón, eventualmente, la fuerza de enlace se rompe, convirtiéndose en -1 / 3 ‘azul’ y + 1/3 ‘anti-azul (amarillo)’ anti-quark. El nuevo quark -1 / 3 ‘azul’ vuelve al neutrón, reemplazando el que fue “retirado”, y el + 1/3 ‘amarillo’ anti-quark se une con el “retirado” -1/3 ‘ azul ‘quark para formar un color y cargar quark neutral / meson anti-quark.
Ahora estoy seguro de que todos los físicos y expertos están nerviosos después de leer esta explicación que está llena de lenguaje impreciso y mecánica engañosa. Pero en términos simples, creo que lo anterior hace un trabajo bastante bueno al explicar los quarks y sus interacciones.