Partículas Xi

La partícula Xi (se pronuncia "ksi", a partir de la letra griega Ξ) es un barión, es decir, una partícula formada por tres quarks. Pertenece a la familia de las partículas extrañas porque contiene dos quarks extraños (s).

También se la conoce como barión cascada, ya que en los detectores de partículas suele desintegrarse mediante una cadena de procesos sucesivos, en lugar de hacerlo en una sola transición.

Existen dos tipos principales de partículas Xi:

• $ \Xi^0 $, compuesta por los quarks (u, s, s), es decir, un quark up (u) y dos quarks extraños (s)
• $ \Xi^- $, compuesta por los quarks (d, s, s), es decir, un quark down (d) y dos quarks extraños (s)

En ambos casos, la presencia de dos quarks extraños es el rasgo distintivo que diferencia a las partículas Xi de los protones y los neutrones.

Carga eléctrica

Las dos partículas Xi presentan las siguientes cargas eléctricas:

• $ \Xi^0 $ tiene carga eléctrica 0
• $ \Xi^- $ tiene carga eléctrica -1

La carga eléctrica total se obtiene sumando las cargas eléctricas de los quarks que forman la partícula.

• $ q(u) = +2/3 $
• $ q(d) = -1/3 $
• $ q(s) = -1/3 $

Espín y clasificación

Las partículas Xi se agrupan en dos familias, de forma análoga a los bariones Sigma:

• Xi ordinarias (Ξ)
  Tienen espín \( \frac{1}{2} \) y pertenecen al octete bariónico. En esta configuración, los espines de los quarks no están todos alineados (por ejemplo ↑↑↓), lo que da lugar a un espín total de un medio. $$ \tfrac 12 + \tfrac 12 - \tfrac 12 = \tfrac 12 $$
• Xi estrella (Ξ*)
  Presentan espín \( \frac{3}{2} \) y forman parte del decuplete bariónico. En este caso, los quarks se encuentran en una configuración excitada, con todos los espines alineados (↑↑↑). El espín total resulta entonces igual a tres medios. $$ \tfrac 12 + \tfrac 12 + \tfrac 12 = \frac{1+1+1}{2} = \tfrac 32 $$

Las partículas Xi ocupan una posición bien definida dentro del esquema de clasificación del Eightfold Way.

Aparecen en los niveles inferiores de los diagramas de multipletes debido a que poseen una extrañeza igual a -2.

Isospín de las partículas Xi

Las partículas Xi (Ξ) forman un doblete de isospín porque contienen dos quarks extraños (s), mientras que el tercer quark puede ser un quark up (u) o un quark down (d).

Dado que solo los quarks up y down contribuyen al isospín, y que el quark extraño tiene isospín nulo, únicamente uno de los quarks aporta un isospín de $ \frac 12 $.

De este modo, el isospín total de las partículas Xi es:

$$ I = \tfrac{1}{2} $$

La tercera componente del isospín, $ I_3 $, puede tomar dos valores posibles:

• \( I_3 = +\tfrac{1}{2} \)
• \( I_3 = -\tfrac{1}{2} \)

Como consecuencia, existen únicamente dos estados distintos:

• $ \Xi^0 $ (uss) con isospín $ I_3 = \tfrac12 $
• $ \Xi^- $ (dss) con isospín $ I_3 = -\tfrac12 $

Por esta razón, las partículas Xi forman un doblete, estrechamente análogo al sistema protón - neutrón.

Nota. Como verificación rápida de coherencia, el número de estados cuánticos asociados a un multiplete de partículas está relacionado con su isospín mediante la expresión $$ 2I + 1 $$ En el caso de las partículas Xi se observan dos estados distintos, por lo que debe cumplirse $$ 2I + 1 = 2 $$ De aquí se obtiene directamente $$ I = \frac{2-1}{2} = \tfrac12 $$ Esto confirma que las partículas Xi forman un doblete de isospín.

Desintegración

Las partículas Xi se desintegran mediante la interacción débil, por ejemplo:

$$ \Xi^- \to \Lambda^0 + \pi^- $$

Esta desintegración es lenta en comparación con las interacciones fuertes, precisamente porque implica un cambio en la extrañeza.

Y así sucesivamente.