Nota dominical: Los tres primeros quarks y la historia de sus nombres

Dibujo21050809 Baryon-octet-small - wikipedia commons

“Los quarks tienen unos nombres bastante absurdos” [1]. En su artículo original [2], Murray Gell-Mann les llamó “quarks” pero no les puso nombre, solo utilizó las letras u, d y s para representarlos. George Zweig [3] les llamó “aces” y tampoco les puso nombre, utilizando las letras p0, n0 y Λ0. Muy rápido se impuso el nombre de “quarks” sobre el de “aces,” pero ¿cuándo empezaron a llamarse quarks arriba (up), abajo (down) y extraño (strange)? La verdad es que nadie lo sabe exactamente (que yo sepa) y dichos nombres se impusieron alrededor de 1976 porque le iban bien a las letras utilizadas por Gell-Mann en su artículo original (u, d y s). Ynduráin [1] nos dice que lo más habitual era llamar a los quarks como “quark tipo protón” (o “proton quark” en inglés), denotado por p’, p0, u, y otras variantes, “quark tipo neutrón” (“neutron quark”) denotado por n’, n0, d, etc., y “quark tipo lambda” (“lambda quark”) denotado por s, λ’, Λ’ , Λ0, y otras versiones.

Por pura curiosidad, he realizado una búsqueda de artículos científicos originales en la web anteriores a 1975 para tratar de trazar la historia del nombre de los quarks. He descubierto que ya a mediados de 1964 se hablaba de quark extraño y de quarks no extraños [4], aunque solo cuando se hablaba de su extrañeza. La primera vez que se utilizó los términos “up” y “down” para referirse a los quarks u y d, que yo haya encontrado, es un artículo de Leutwyler de marzo de 1974 [5], quien también llama a los tres quarks arriba (up), abajo (down) y extraño (strange) en julio de 1974 [6]; ambos artículos fueron enviados a publicación en diciembre de 1973.

¿Cuándo se puso de moda llamar a los quarks con su nombre actual? Hasta 1976, mucha gente seguía usando los términos antiguos proton quark, neutron quark y strange quark, pero ese año pasó algo que hizo que la mayoría de la gente eligiera el nuevo modo de llamar a los quarks. Mi búsqueda bibliográfica me sugiere que fue el número de Physics Reports de febrero de 1976, que presentaba las actas de un congreso de junio de 1975 celebrado en París. Un artículo de Wilson [7] utilizaba para los nombres de los quarks “u=up, d=down, and s=strange.” Mucha gente debió leer los artículos de ese Physics Reports que hablaba de quarks, confinamiento, libertad asintótica, y otros términos modernos asociados a la QCD (la teoría de la interacción entre quarks y gluones).

Por cierto, Ynduráin afirma en su libro [1] que la primera vez que escuchó el nombre moderno fue de la boca del alemán Harald Fritzch, entonces colaborador de Gell-Mann, en 1976.

[1] Francisco Ynduráin, “Electrones, Neutrinos y Quarks,” Drakontos, 2001 [página 71].

[2] Murray Gell-Mann, “A schematic model of baryons and mesons,” Physics Letters 8: 214-215, 1 February 1964.

[3] George Zweig, “An SU3 model for strong interaction symmetry and its breaking ; Part I,” CERN Reports No. 8182/TH.401, 1964 (unpublished).

[4] Harry J. Lipkin, “Higher Symmetries and Strange-Particle Production,” Phys. Rev. Lett. 13: 590-592, 16 November 1964.

[5] H. Leutwyler, “Is the quark mass as small as 5 MeV?,” Physics Letters B 48: 431-434, 4 March 1974.

[6] H. Leutwyler, “Mesons in terms of quarks on a null plane,” Nuclear Physics B 76: 413-444, 18 July 1974.

[7] Kenneth G. Wilson, “XIII. Quarks on a lattice, or, the colored string model,” Physics Reports 23: 331-347, February 1976.


12 Comentarios

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LegoLego

Francis, no se si esto servirá de algo pero he quedado algo “extrañado” al leer la cita del libro del Profesor Yndurain, que llevo mucho tiempo intentando leer sin encontrar momento. En 1969 fui alumno del Profesor en la Complutense de Madrid en el curso que impartía en quinto sobre partículas elementales. Los quarks u y d, recibian ese nombre, estoy casi seguro, pero el s tenía un nuevo número asociado, la extrañeza, y le llamábamos el quark extraño. No recuerdo si el Profesor participaba en la nomenclatura, pero los alumnos si lo hacíamos. Mis recuerdos son un tanto nebulosos porque cursaba también una ingeniería y no siempre podía asistir a sus clases, lo que he lamentado después.
Por cierto, y para acabar de presumir, también fui alumno del Profesor Galindo.

LegoLego

Ya había notado que son ustedes “terriblemente” jóvenes y competentes. Una duda: ¿Francis V… es un alter ego de Nicolás Bourbaki? Si no, no comprendo como puede usted ver tan lejos y en todas direcciones aunque esté subido a hombros de gigantes.

LegoLego

En cuanto al encanto estaba seguro de que Sheldon Glashow se atribuye el nombre. En la traducción, excelente, de Antonio Prometeo Moya de “Interactions. A Journey… ” publicada por Tusquets en Metatemas con el mismo nombre, se lee en la página 171 de la primera edición “… Bautizaría dicho toque con el nombre de encanto en 1964, lo identificaría como solución del problema en 1970 y se descubriría en el laboratorio en 1974″

emulenewsemulenews

Lego, tienes razón, el nombre de “encanto” (para el cuartro quark) fue introducido por Sheldon Lee Glashow.

La propuesta original de que había, en lugar de 3 quarks, vía óctuple SU(3) de sabor, cuatro quarks, modelo SU(4) de sabor, es de B.J. Bjørken, S.L. Glashow, “Elementary particles and SU(4),” Physics Letters 11: 255-257, 1 August 1964. En la introducción se puede leer “A new quantum number “charm” (…) and the model predicts the existence of many “charmed” particles whose discovery is the crucial test of the idea.”

Esta propuesta no servía para nada, hasta que el propio Glashow observó que permitía entender por qué no se había observado “corrientes neutras con cambio de extrañeza” (SCNC por strangeness-changing neutral currents), el llamado mecanismo GIM. La propuesta apareció en S.L. Glashow, J. Iliopoulos, J. Maiani, “Weak interactions with lepton-hadron symmetry,” Phys. Rev. D 2: 1285-1292, 1970.

El descubrimiento de la primera partícula encantada fue la mecha que encendió la revolución de noviembre de 1974 (y el Premio Nobel para Burton Richter y Samuel Ting por la partícula J/psi, la primera encantada).

Alejandro Rivero

up y down son casi obvios si estamos hablando de isospin, porque uno ya tiene la tendencia a visualizar los dos estados de spin como pa’arriba y pa’abajo, y si ya has gastado el signo +,- para indicar esto, el “up de isospin” y “down de isospin” enseguida se te ocurren.

Puede que la cosa la enturbiara la anomalia de Adler, en la que el pion se descompone en un triangulo por el que circulan “p” y “n”.

Carlos Reyes

Endiabladamente una minùscula e importante parte de la historia de la fìsica y en especial de la QCD que me he permitido disfrutar en esta magnifica entrada, entrada que creìa sin mucha importancia, pero ustedes le dieron sazòn a todo.

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