Quarks y leptones

Gell-Mann fue aún más allá que Mendeleev, ya que no sólo ordenó el espectro de los hadrones sino que además introdujo el modelo más exitoso sobre su estructura interna, al postular que estos están formados por partículas puntuales a las que denominó quarks. Para explicar el espectro conocido, Gell-Mann propuso que estos quarks debían existir en tres “sabores” distintos, a los que llamó up, down y strange y que debían poseer carga eléctrica fraccionaria respecto de la del electrón. El quark up está cargado positivamente con 2/3 la carga del electrón, mientras que los otros dos poseen una carga de -1/3 en las mismas unidades. Todos los bariones conocidos pueden entenderse como compuestos por tres de estos quarks, por ejemplo el protón está formado por dos quarks u y un d (y el neutrón por dos d y un u), mientras que los mesones se componen de un quark y un antiquark.

Las figuras muestran la composición elemental de algunos de los hadrones conocidos.

Espectro de bariones en términos de quark

Durante las décadas siguientes se encontrarían nuevos hadrones que llevarían a postular la existencia de otros tres sabores de quarks, cada uno más pesado que el anterior, bautizados charm, bottom y top. Los seis quarks pueden ser agrupados en tres familias, de a pares, de acuerdo con sus características. La tabla siguiente resume sus propiedades fundamentales.

A su vez, fueron hallados nuevos leptones, sorpresivamente llegando al número de seis, igual que en el caso de los quarks. Además de los “parientes” pesados del electrón, como el muón y el tau, se hallaron partículas de carga neutra y masa casi nula a las que se llamó neutrinos, existiendo uno por cada familia de leptones. La tabla siguiente resume sus propiedades básicas.

Por el momento entendemos que toda la materia está formada por quarks y electrones. Los primeros forman a los protones y a los neutrones que se encuentran en el núcleo de los átomos, con electrones “orbitando” a su alrededor.

Configuraciones de diversos átomos dan lugar a muchísimas diferentes moléculas, lo que explica la gran diversidad de objetos inertes y seres vivos que podemos observar. Sin embargo, esto es suficiente para explicar sólo una pequeña parte de la materia que forma el universo, la visible, en contraposición con la materia oscura, cuya composición es aún desconocida. Además, el alto número de partículas elementales y la notoria periodicidad que aparece en las tablas anteriores indica una alta probabilidad de que exista una estructura menor. O que tal vez sea necesario introducir una nueva teoría completamente diferente acerca de la conformación de la materia.