Partícula Delta
El barión delta (Δ) pertenece a la familia de los bariones y es relativamente ligero. Está formado por tres quarks ligeros (arriba $u$ y abajo $d$), los mismos que constituyen protones y neutrones.
A diferencia de estos últimos, que poseen espín $1/2$, los bariones Δ presentan espín $3/2$.
Suelen describirse como un estado excitado del nucleón. Aunque comparten el mismo contenido de quarks ($u$ y $d$), la diferencia radica en la orientación de los espines: en los bariones delta, estos están alineados, lo que da lugar a un espín total de $3/2$.
La familia delta constituye un cuarteto de isoespín ($I = 3/2$) con cuatro estados de carga posibles:
- $\Delta^{++}$ : $uuu$
- $\Delta^{+}$ : $uud$
- $\Delta^{0}$ : $udd$
- $\Delta^{-}$ : $ddd$
Este esquema recoge todas las combinaciones posibles de los dos quarks ligeros ($u$, $d$).
Nota. El barión Δ ilustra cómo la dinámica interna de los quarks -en particular la alineación de espines y la simetría de isoespín- puede originar estados excitados de mayor masa que los nucleones. Fue, además, una de las primeras evidencias experimentales de la estructura en quarks de los bariones.
Propiedades
Las propiedades principales de la partícula Delta son:
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Tipo | Barión (resonancia) |
| Familia | Hiperones no extraños (solo $u$, $d$) |
| Contenido de quarks | Combinaciones de $u$ y $d$ |
| Carga eléctrica | $+2e, +1e, 0, -1e$ |
| Espín | $3/2$ |
| Isoespín | $3/2$ |
| Masa | $\sim 1232$ MeV/$c^2$ |
| Vida media | $\sim 6 \times 10^{-24}$ s (extremadamente breve) |
| Interacción | Fuerte |
Decaimiento
Los bariones delta ($\Delta$) son resonancias de vida muy corta. Decaen casi de inmediato a través de la interacción fuerte, produciendo un nucleón (protón $p$ o neutrón $n$) acompañado de un pión ($\pi$).
Consideremos, por ejemplo, el $ \Delta^0 $, compuesto por tres quarks: $udd$.
En un decaimiento fuerte, uno de los quarks emite un gluón ($ g $), que se materializa en un par quark-antiquark $u\bar u$.
El sistema pasa así a contener los quarks originales $u, d, d$ junto con el par adicional $u\bar u$.
El quark $u$ extra sustituye a uno de los $d$ del barión, convirtiendo el triplete en $uud$, es decir, un protón.
El quark $d$ desplazado se combina con el $\bar u$ del par, formando un pión negativo ($\pi^- = d\bar u$).
El proceso puede escribirse como: $$ \Delta^0 (udd) \;\;\longrightarrow\;\; p(uud) + \pi^-(d\bar u).
$$
Nota. El gluón actúa como detonante: al generar un par quark-antiquark, permite que el sistema se reorganice en estados estables, lo que explica la rapidez del decaimiento fuerte del $\Delta^0$. Llama la atención que el $\Delta^0$ comparta la misma composición de quarks que el neutrón ($udd$). Sin embargo, el neutrón no puede sufrir este tipo de decaimiento fuerte a protón y pión, pues es más ligero.
Aquí se muestran otros canales de decaimiento fuerte de los bariones delta:
$\Delta^{++} \to p + \pi^+$
$\Delta^{+} \to p + \pi^0 \quad$ o $\quad n + \pi^+$
$\Delta^{0} \to n + \pi^0 \quad$ o $\quad p + \pi^-$
$\Delta^{-} \to n + \pi^-$
Nota. En casos muy raros, un barión $ \Delta $ también puede decaer mediante la interacción débil. Esta vía está fuertemente suprimida y casi siempre queda enmascarada por el decaimiento fuerte dominante. Por ejemplo, el $ \Delta^0 $ puede transformarse en un protón emitiendo un bosón $ W^- $, que a su vez decae en un pión negativo: $\Delta^{0} \to p + \pi^-$.
Y así sucesivamente.
