Barión (partícula subatómica)

Propiedades básicas

Cada quark posee espín intrínseco 1/2, de modo que el espín combinado de tres quarks da a los bariones valores totales de espín como 1/2 o 3/2, según cómo se alineen los espines. Los bariones son fermiones y, por tanto, obedecen la estadística de Fermi-Dirac y el principio de exclusión de Pauli; esto sustenta la estructura de los átomos y la estabilidad de la materia. Las interacciones entre quarks dentro de los bariones están mediadas por gluones, y la energía de enlace y los números cuánticos determinan familias de bariones y sus estados excitados, que a menudo se observan experimentalmente como resonancias. Los estados excitados pueden decaer electromagnéticamente o mediante interacciones fuerte y débil, emitiendo fotones u otras partículas en el proceso; véanse ejemplos en las descripciones de transiciones radiativas.

Clasificación y ejemplos

Los bariones tradicionales se agrupan según simetrías de sabor en multipletes como el octete bariónico y el decuplete introducidos en el modelo de quarks. Entre los bariones estables y de larga vida se encuentra el protón; el neutrón libre es inestable y sufre desintegración beta, convirtiéndose en un protón más leptones. Otros ejemplos incluyen bariones extraños, charm y bottom (por ejemplo, la familia Λ) que contienen quarks más pesados. En cambio, los mesones son hadrones de dos quarks, como los piones y los kaones; para un contraste con leptones y mesones, véanse leptones y mesones.

Historia y contexto teórico

El término barión deriva de la palabra griega "barys", que significa pesado, reflejando la percepción inicial de estas partículas en relación con los mesones más ligeros. El modelo de quarks y los esquemas de simetría introducidos por Gell-Mann y otros organizaron los bariones dentro de multipletes de sabor SU(3) y predijeron nuevos estados que más tarde fueron observados. La cromodinámica cuántica (QCD) proporciona el marco moderno: los quarks llevan carga de color, interactúan mediante intercambio de gluones y no pueden aislarse debido al confinamiento.

Importancia y hechos destacados

• Los bariones constituyen los núcleos atómicos de la materia ordinaria y, por tanto, determinan la mayoría de las propiedades de la materia macroscópica; véase material sobre materia visible.
• La conservación del número bariónico es un principio clave en la física de bajas energías; su violación tendría consecuencias importantes en la cosmología y la física de partículas (bariogénesis).
• Más allá de los estados de tres quarks, experimentos han informado combinaciones exóticas como los pentaquarks —estados con cinco constituyentes de quarks—, ampliando el concepto de lo que puede ser un barión.

Para introducciones técnicas y datos experimentales, consulte artículos de panorama y revisiones: espín y momento angular en partículas, estadística cuántica y las diferencias entre fermiones y bosones en descripciones de bosones. También hay resúmenes introductorios y catálogos experimentales en muchas referencias y bases de datos de física (nociones básicas sobre fermiones, revisiones sobre partículas compuestas).