Cuark fondo

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Cuark fondo (b)
Clasificación
Partícula elemental
Fermión
Cuark
Tercera generación
cuark fondo
Propiedades
Masa: ≈7,13 · 10−27 kg (en el esquema de mínima sustracción)  
≈4.19 GeV/c2 (en el esquema de mínima sustracción)
Carga eléctrica: − e
Carga de color: Color
Spin:
Vida media: Inestable (desconocido)
Antipartícula: Anticuark fondo () 
 Interacciona con: Gravedad
Interacción débil
Electromagnetismo
Interacción fuerte

El cuark fondo o cuark inferior (o cuark b del inglés "bottom quark") es una partícula elemental que pertenece a la tercera generación de cuarks. Tiene una carga eléctrica igual a −⅓ de la carga elemental​ y un spin de ½, con lo cual es un fermión y cumple el principio de exclusión de Pauli. Como los demás cuarks, el cuark fondo tiene carga de color, y el anticuark fondo tiene carga de anticolor; sienten la interacción fuerte.

Es el segundo cuark más masivo del modelo estándar, con una masa de unas cuatro veces la del protón. Esto le da un comportamiento peculiar dentro de la cromodinámica cuántica, que lo hace más fácil de detectar y medir sus propiedades experimentalmente, sobre todo en los mesones que forma. También es relativamente fácil de experimentar con él debido a que casi siempre aparece en las desintegraciones del cuark cima, y con bastante frecuencia en la desintegración del bosón de Higgs, si es lo suficientemente ligero.

Fue descubierto en el Fermilab (Chicago), en 1977​ y posteriormente confirmado en DORIS (Hamburgo).​ En el descubrimiento, los científicos quisieron llamarlo "cuark belleza" (Beauty), pero al final se quedó en fondo (Bottom). El hallazgo no resultó inesperado ya que en 1975 se había descubierto la partícula tau por lo que se pensó que si había tres familias de leptones debería haber también tres generaciones de cuarks.

El cuark fondo debe de tener una vida media corta, como los leptones de la tercera generación. La única evidencia es que forma hadrones que se desintegran pronto, pero la vida media del propio cuark es muy difícil de medir debido a que se encuentra confinado (Confinamiento del color) .

Este cuark dota a los hadrones que forma con un número cuántico llamado 'inferioridad' (traducción de "bottomness"), que se define como el número de anticuarks fondo menos el número de cuarks fondo que lo forman.

Nombre e historia

El quark bottom fue descrito teóricamente por primera vez en 1973 por los físicos Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa para explicar la violación CP.​ El nombre "fondo" fue introducido en 1975 por Haim Harari.​​​

El cuark fondo fue descubierto en 1977 por el Experimento E288 del Fermilab,​ un equipo dirigido por Leon M. Lederman, cuando las colisiones produjeron bottomonio.​​ Kobayashi y Maskawa ganaron el Premio Nobel de Física de 2008 por su explicación de la violación CP.​​

Aunque a veces se utiliza el nombre de "belleza", "bottom" se convirtió en el uso predominante por analogía de "top" y "bottom" con "up" y "down". El nombre poético "belleza" se abandonó por un nombre más sistemático.

Características distintivas

La masa "desnuda" del cuark fondo es de aproximadamente 4.18 GeV/c2 ​ – un poco más de cuatro veces la masa de un protón, y muchos órdenes de magnitud mayor que los cuarks "livianos" comunes. El cuark fondo es el segundo cuark más pesado, sólo superado por el Cuark cima (o top).

Es un cuark de tercera generación con una carga eléctrica de -⅓ e.

La antipartícula del cuark fondo es el anticuark fondo, de carga eléctrica ⅓ e.

Aunque casi exclusivamente transita entre o hacia un cuark cima, el cuark fondo puede decaer en un cuark arriba o en un cuark encantado a través de la interacción débil. Los elementos de la matriz CKM Vub y Vcb especifican las tasas de estos decaimientos, siendo ambos procesos suprimidos, lo que hace que las vidas medias de la mayoría de las partículas bottom (~10−12 s) sean algo más largas que las de las partículas encantadas (~10−13 s), pero más cortas que las de las partículas extrañas (desde ~10−10 hasta ~10−8 s).​

La combinación de una alta masa y una baja tasa de transición da como resultado que los productos de colisión experimentales que contienen un cuark fondo tengan una firma distintiva que hace que sean relativamente fáciles de identificar utilizando una técnica llamada "b-tagging".​ Por esta razón, los mesónes que contienen el cuark fondo tienen una vida excepcionalmente larga para su masa, y son las partículas más fáciles de usar para investigar la violación de CP. Este tipo de experimentos se están llevando a cabo en los experimentos BaBar, Belle y LHCb.

Desintegración

Como se ha indicado ms arriba; la desintegración del cuark fondo se estudia a través de la de un hadrón que lo contiene, en particular el mesón B. La teoría predice y en la práctica se observan diferentes modos de desintegración, en particular la desintegración en un quark ligero, un leptón cargado y su neutrino, y la desintegración en un quark ligero, un leptón cargado y su antipartícula. En algunos casos, estos dos modos no parecen comportarse como predice el modelo estándar: el primero cuando se emite un leptón tau, y el segundo cuando se emite un par muón-antimuón.​

Hadrones que contienen cuarks fondo

Todos los tipos de mesones B, cargados y neutros, están formados por un cuark fondo (o el anticuark) y un cuark arriba o abajo. Los mesones B encantados y extraños están formados por el cuark fondo y un cuark encantado o extraño respectivamente.

El mesón úpsilon, también conocido como 'fondonio' (traducción de 'bottomonium'), está formado por el cuark y el anticuark fondo. Véase también Quarkonio.

El único barión conocido con un cuark fondo es el lambda neutro inferior.

Véase también

Notas

  1. ↑ La Instalación de Almacenamiento de Doble Anillo (Double-Ring Storage Facility, DORIS) fue un anillo de almacenamiento de electrones y positrones en el laboratorio nacional alemán DESY.(Till Mundzeck (2012). «The three lives of DORIS: from charm quarks to cell biology». Cern Courier (en inglés). Consultado el 29 July 2022. ) Fue el segundo acelerador circular de DESY y su primer anillo de almacenamiento, con una circunferencia de casi 300 m. Tras su construcción en 1974, DORIS proporcionó experimentos de colisión con electrones y sus antipartículas a energías de 3,5 GeV por haz. En 1978, la energía de los haces se elevó a 5 GeV cada uno. DORIS hizo una importante contribución al proceso de demostrar la existencia de cuarks pesados.
  2. ↑ Haim Harari (1940 -) es un físico teórico israelí que ha realizado contribuciones en física de partículas, educación científica y otros campos. Fue presidente del Instituto Weizmann de Ciencias de 1988 a 2001.
  3. ↑ b-tagging es el etiquetado de los cuarks b (bottom, fondo). El etiquetado b es un método de etiquetado de chorros utilizado en experimentos modernos de física de partículas. Consiste en la identificación (o "etiquetado") de chorros originados por cuarks fondo. Se han utilizado algoritmos del lado opuesto en el LHCb para etiquetar el sabor en pares de cuarks fondo usando los productos de desintegración de los hadrones B para inferir el sabor de los mesones B. (Gándara, Marc Grabalosa; Collaboration, the LHCb (1 de junio de 2009). «Flavour tagging performance in LHCb». Journal of Physics: Conference Series (en inglés) 171 (1): 012103. Bibcode:2009JPhCS.171a2103G. ISSN 1742-6596. doi:10.1088/1742-6596/171/1/012103. )

Referencias

  1. ↑ «Diccionario Nuclear». Consultado el 12 de marzo de 2017. 
  2. ↑ «Historic Results». Consultado el 21 de febrero de 2017. 
  3. ↑ Kobayashi, T.; Maskawa (1973). «ViolaciónCP en la Teoría Renormalizable de la Interacción Débil». Progreso de la Física Teórica 49 (2): 652-657. Bibcode:1973PThPh..49..652K. hdl:2433/66179. 
  4. ↑ Harari, H. (1975). «Un nuevo modelo de quarks para hadrones.». Physics Letters B 57 (3): 265-269. Bibcode:1975PhLB...57..265H. doi:10.1016/0370-2693(75)90072-6. 
  5. ↑ Staley, K. W. (2004). Cambridge University Press, ed. La evidencia del quark superior. pp. 31-33. ISBN 978-0-521-82710-2. 
  6. ↑ «July 1, 1977: Discovery of the bottom quark» (en inglés). Consultado el 3 de abril de 2025. 
  7. ↑ Lederman, L. M. (2005). «Logbook: Quark inferior». Revista Symmetry 2 (8). Archivado desde el original el 4 de octubre de 2006. 
  8. ↑ Herb, S. W.; Hom, D.; Lederman, L.; Sens, J.; Snyder, H.; Yoh, J.; Appel, J.; Brown, B.; Brown, C.; Innes, W.; Ueno, K.; Yamanouchi, T.; Ito, A.; Jöstlein, H.; Kaplan, D.; Kephart, R. (1977). «Observación de una Resonancia de Dimuón a 9,5 GeV en Colisiones Protón-Núcleo a 400-GeV». Physical Review Letters 39 (5): 252. Bibcode:1977PhRvL..39..252H. OSTI 1155396. doi:10.1103/PhysRevLett.39.252. 
  9. ↑ Conferencia de Makoto Kobayashi sobre el Premio Nobel de Física de 2008
  10. ↑ Conferencia de Toshihide Maskawa sobre el Premio Nobel de Física de 2008
  11. ↑ M. Tanabashi et al. (Particle Data Group) (2018). «Review of Particle Physics». Physical Review D 98 (3): 030001. Bibcode:2018PhRvD..98c0001T. doi:10.1103/PhysRevD.98.030001. hdl:10044/1/68623. 
  12. ↑ Nave, C.R. (ed.). «Transformation of Quark Flavors by the Weak Interaction». Department of Physics and Astronomy. HyperPhysics. Atlanta, GA: Georgia State University. 
  13. ↑ Sébastien Descotes-Genon (febrero-marzo de 2022). «Un quark fait de la résistance». Pour la science. Hors série (en francés) (114): 72-78. 

Bibliografía

Enlaces externos