Hadrones

Los hadrones son partículas subatómicas compuestas por quarks, mantenidos unidos por la interacción nuclear fuerte, mediada por los gluones.

No son partículas elementales, ya que en su interior albergan quarks y, en ciertos casos, antiquarks.

El término “hadron” procede del griego hadrós, que significa “robusto” o “pesado”, en alusión a su masa relativamente elevada en comparación con, por ejemplo, los leptones.

Nota. Esta denominación no es una regla estricta: algunos hadrones resultan sorprendentemente ligeros. El pión, por ejemplo, tiene menos masa que el protón.

Según su estructura interna, los hadrones se clasifican tradicionalmente en tres grandes categorías:

• Bariones
  Los bariones están formados por tres quarks (o, en el caso de los antibariones, por tres antiquarks). Los ejemplos más conocidos son el protón (uud: dos quarks up y un quark down) y el neutrón (udd: dos quarks down y un quark up). Al poseer espín semientero (1/2 o 3/2), los bariones son fermiones y obedecen las estadísticas de Fermi-Dirac.
  

  Nota. El protón es el único barión conocido estable de manera aislada. El neutrón libre, en cambio, sobrevive en promedio unos 15 minutos antes de desintegrarse en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico. Todos los demás bariones son inestables y se desintegran en intervalos mucho más breves.

• Mesones
  Los mesones están constituidos por un quark y un antiquark. Cada uno porta una carga de color opuesta al otro - uno con un color y el otro con el anticolor correspondiente (por ejemplo, verde y antiverde) - , de modo que el sistema global es neutro en color. Entre los ejemplos más representativos se encuentran los piones y los kaones. La suma de los espines del quark y del antiquark da como resultado un valor entero (0 o 1), lo que convierte a los mesones en bosones que siguen las estadísticas de Bose-Einstein.
  

  Nota. Ningún mesón es estable: todos terminan desintegrándose, con vidas medias que oscilan entre fracciones de segundo y fracciones de femtosegundo. Algunos presentan una vida relativamente “larga” en la escala subatómica, pero ninguno es permanente.

• Hadrones exóticos
  Existen configuraciones más complejas, denominadas hadrones exóticos, que no encajan en la clasificación estándar de bariones y mesones. Entre ellos se encuentran los tetraquarks (dos quarks y dos antiquarks) y los pentaquarks (cuatro quarks y un antiquark). Estos estados fueron predichos hace décadas y solo en los últimos años se han confirmado experimentalmente en el CERN y en otros centros de investigación.

En un sentido amplio, los hadrones comprenden todas las partículas que experimentan la interacción fuerte y están constituidas por quarks unidos en diversas combinaciones.

Hoy sabemos que existen seis “sabores” fundamentales de quarks, y cada hadrón se forma a partir de alguna combinación de ellos.

Nota. A lo largo de las décadas, los físicos han identificado una enorme variedad de hadrones, cada uno con combinaciones propias de carga, masa y espín. Ninguno de ellos es verdaderamente “fundamental”: todos derivan de quarks enlazados de distintas maneras. En las décadas de 1950 y 1960, la avalancha de nuevos hadrones descubiertos impulsó la búsqueda de un principio de organización más simple, un marco teórico que explicara esa diversidad como diferentes combinaciones de un conjunto reducido de constituyentes básicos. Así nació el modelo de quarks, que fue ampliándose con la introducción de nuevos sabores: primero el quark extraño, luego el encanto, y más adelante los demás.

Y la exploración de la materia hadrónica continúa abierta…