Se ha dicho que los protones están constituidos por combinaciones de tres cuarks, y también que un cuark es treinta veces más pesado que un protón. ¿Cómo pueden ser ciertas ambas cosas a la vez?

El protón es una partícula subatómica que forma parte de todos los núcleos atómicos. Los protones tienen una carga positiva y una masa aproximadamente 1836 veces mayor que la de un electrón. Un protón tiene un radio de unos 0,8 fm (o 0,8 x 10-15 m), que es aproximadamente 150 veces menor que el radio de un átomo. El número de protones en el núcleo se denomina número atómico y es igual al número de electrones que orbitan ese núcleo

A: Uno podría pensar que si un protón está formado por tres quarks, y un quark tiene treinta veces la masa de un protón, un protón tendría que ser noventa veces más masivo de lo que realmente es.

Para entender mejor lo que ocurre aquí, primero tenemos que entender la diferencia entre masa y energía. Esto nos ayudará a entender cómo surgió esta idea errónea.

La masa y la energía están relacionadas porque ambas se miden en unidades llamadas julios (J). Un protón tiene una masa de 1,67 × 10^-24 kilogramos, o 5,48 × 10^-5 unidades de masa atómica (amu). En cambio, su energía de reposo -la cantidad de energía que tendría si pudiera permanecer inmóvil en reposo- es de 938 MeV:

E = mc^2

B: En realidad, esto no es cierto. Un protón no está formado por tres quarks separados, sino por una densa colección de pares quark-antiquark

  • Toda la materia está formada por átomos, que están compuestos por electrones y protones.
  • Los protones están a su vez formados por quarks, que tienen masa y carga eléctrica (luego hablaremos de ellos).
  • La palabra «quark» es un juego de palabras: suena como quorate («en buen orden»).

C: Los quarks y los antiquarks entran y salen continuamente de la existencia, como todas las partículas. Cuando dos de estas partículas colisionan, la energía que las creó puede liberarse en forma de nuevas partículas.

El hecho de que los quarks y los antiquarks aparezcan y desaparezcan continuamente, como todas las partículas, es una idea bastante notable. Cuando dos de estas partículas colisionan, la energía que las creó puede liberarse en forma de nuevas partículas. Este proceso se llama producción de pares y es de donde procede la mayor parte de la nueva materia en nuestro universo.

D: La energía total del sistema permanece constante porque la energía necesaria para crear un par de partículas es igual a la energía de la masa en reposo del par de partículas más su energía cinética.

La energía total del sistema permanece constante porque la energía necesaria para crear un par de partículas es igual a la energía de la masa en reposo del par de partículas más su energía cinética.

La conservación de la energía debe mantenerse incluso cuando la materia puede aparecer espontáneamente de la nada.

  • La conservación de la energía debe mantenerse incluso cuando la materia puede aparecer espontáneamente de la nada.
  • La energía total del sistema permanece constante a pesar de la aparición de nuevas partículas a un ritmo dado por E = mc^2, donde m es la masa de la partícula y c es la velocidad de la luz en el vacío (ambas son constantes para todos los observadores).
  • Un par de partículas tiene una energía igual a la de su masa en reposo más su energía cinética y, por tanto, requiere algo más que un espacio vacío para crearlas de la nada; debe haber algún tipo de medio presente que contenga pares virtuales adicionales capaces de alimentar a estos reales para que puedan aparecer como materia normal en lugar de antimateria (que reaccionaría violentamente con toda la materia circundante).

Conclusión

Es cierto que los quarks son treinta veces más masivos que los protones, pero no constituyen el mismo tipo de estructura. Un protón es un conjunto de tres quarks, mientras que un quark es una partícula que sólo puede existir como parte de otra partícula. Por lo tanto, sería más exacto decir que los protones están formados por tres tipos de partículas subatómicas en lugar de tres tipos separados

Deja un comentario