Bariones
Los bariones son un tipo de partículas subatómicas formadas por tres quarks.
Pertenecen a la familia de los fermiones, lo que significa que tienen espín semientero y obedecen al principio de exclusión de Pauli.
Los bariones más conocidos son los protones y neutrones, que en conjunto constituyen los núcleos atómicos. Un protón está compuesto por dos quarks up y un quark down, mientras que un neutrón contiene dos quarks down y un quark up.
Las propiedades de un barión - como su masa, su carga eléctrica o su comportamiento magnético - dependen de la combinación concreta de quarks que lo integran y de la dinámica de la interacción fuerte que los mantiene ligados.
El estudio de los bariones forma parte de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe la interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza.
Además de protones y neutrones, existe una gran variedad de bariones menos estables. Estos se generan habitualmente en colisiones de muy alta energía en aceleradores de partículas o en condiciones astrofísicas extremas. Los bariones exóticos suelen tener vidas extremadamente breves y se desintegran con rapidez en partículas más ligeras a través de distintos canales de decaimiento.
Número bariónico
El número bariónico ( $B$ ) es un número cuántico que contabiliza el balance neto de bariones en un sistema.
- cada barión (como protones o neutrones) lleva $B = +1$
- cada antibarión lleva $B = -1$
- todas las demás partículas (leptones, mesones, fotones, etc.) llevan $B = 0$
Una propiedad esencial de los bariones es que su número total se conserva en todas las interacciones conocidas.
$$ B_{\text{inicial}} = B_{\text{final}} $$
Esta regla, conocida como la conservación del número bariónico, establece que en cualquier reacción o proceso de desintegración la diferencia entre el número de bariones y antibariones se mantiene invariable.
Ejemplo
Un ejemplo clásico es la desintegración beta negativa de un neutrón:
$$ n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e $$
En esta desintegración, el neutrón $(B = 1)$ se convierte en un protón $(B = 1)$, acompañado de un electrón y un antineutrino electrónico, ambos con $B = 0$.
El número bariónico total, por tanto, permanece constante:
$$ B_{\text{inicial}} = 1 \quad \Rightarrow \quad B_{\text{final}} = 1 + 0 + 0 = 1 $$
Esta ley de conservación es clave para entender la estabilidad de la materia y llevar la contabilidad de partículas en los procesos nucleares y subnucleares.
Antibariones
Los antibariones son las antipartículas de los bariones. Mientras que un barión está formado por tres quarks, un antibarión se compone de tres antiquarks.
Por ejemplo, el antiprotón ($\bar{p}$) contiene dos antiquarks up ($\bar{u}$) y un antiquark down ($\bar{d}$). El antineutrón, en cambio, está compuesto por dos antiquarks down ($\bar{d}$) y un antiquark up ($\bar{u}$).
Al igual que los bariones, los antibariones pertenecen a la familia de los fermiones y, por tanto, poseen espín semientero. Sin embargo, presentan cargas opuestas a las de sus equivalentes bariónicos.
Por convención, a todo antibarión se le asigna un número bariónico de $B = -1$.
La conservación del número bariónico exige que bariones y antibariones se creen o se aniquilen siempre en pares, de modo que el balance global permanezca inalterado.
La inestabilidad de los antibariones
Los antibariones son componentes fundamentales de la antimateria, junto con los positrones (antielectrones) y los antineutrinos. Por ello, no pueden permanecer estables en la materia ordinaria.
Cuando un antibarión (por ejemplo, un antiprotón) entra en contacto con un barión (como un protón), ambos se aniquilan, transformando su masa en otras partículas, típicamente mesones y fotones.
$$ p + \bar{p} \;\;\rightarrow\;\; \pi^+ + \pi^- + \pi^0 $$
Por esta razón, los antibariones tienen una existencia efímera en el universo visible. Se detectan sobre todo en colisiones de alta energía en aceleradores de partículas o en fenómenos astrofísicos extremos.
Y la exploración del rico y complejo mundo de los bariones continúa…
