Título Actividad:

Enlaces Quarks

Principios a explicar:
Propiedades de los Quarks, Interacción Fuerte

Material:
15 Canicas Pequeñas Oscuras
15 Canicas Pequeñas Claras
10 Globos Rojos
10 Globos Azules
10 Globos Verdes

Procedimiento:
1. Se formarán equipos de seis integrantes y se le entregarán 3 canicas claras y 3 oscuras, así como dos globos de cada color por equipo.
2. Ahora se separará en dos el equipo, quedándose cada uno con un globo de cada color, teniendo uno 2 canicas claras y una oscura, mientras que el otro dos oscuras y una clara.
3. Pondremos una canica dentro de cada globo y amarraremos los globos entre sí, quedando unidos uno azul, uno verde y uno rojo, con sus respectivas canicas.
4. Una vez unidos los globos se procederá a separar las canicas entre si, poco a poco, notando como entre más las separamos mayor es la fuerza que trata de acercarlas de nuevo.

Marco Teórico:
El término átomo fue acuñado por los antiguos griegos, significando indivisible. Originalmente este nombre fue asignado a una partícula que se pensaba cumplía con esta propiedad, sin embargo hace ya un buen tiempo que sabemos que el átomo puede ser partido y que cuenta con estructura interna.
El átomo está formado por tres partículas: protones, neutrones y electrones. Originalmente se pensaba que estas partículas si eran fundamentales, indivisibles, sin embargo, hasta donde sabemos, la única fundamental son los electrones.
Los protones y los neutrones están constituidos por partículas llamadas Quarks, que se presume son fundamentales al igual que los electrones. Los Quarks se encuentran en la naturaleza fundamentalmente en dos tipos, llamados sabores: “up” (arriba) y “down” (abajo). Existen otros tipos, a los que se les llama extraños, pero no son componentes de la materia. Un protón está compuesto por dos Quarks “up” y uno “down”, un neutrón se compone por dos “down” y uno “up”.
Los Quarks tienen la peculiaridad de ser las únicas partículas conocidas cuya carga es una fracción de la del electrón. Un Quark “down” tiene 1/3 de la carga del electrón, mientras que el “up” tiene 2/3 de la carga del electrón, pero con signo opuesto.
Además los Quarks cuentan con otra importante propiedad, a la que se ha nombrado color. El color, que nada tiene que ver con fenómenos ópticos, es la manifestación de la interacción fuerte: la más grande de las cuatro interacciones fundamentales de la materia (las otras son: gravedad, electromagnética y débil). De acuerdo a la cantidad de “carga” fuerte, los Quarks pueden ser rojos, verdes o azules; los Quarks pueden intercambiar carga fuerte entre si, cambiando constantemente de color.
La carga fuerte que tiene un Quark, es determinada por la cantidad de gluones con que cuentan; los gluones son partículas sin masa que fungen como agentes de la interacción fuerte. El intercambio de gluones, entre Quarks, ocasiona que pasen de un color a otro.

Preguntas:

¿Alguna vez has escuchado hablar de los Quarks?, ¿Qué crees que sean?, ¿Servirán para algo?

Explicación:

Los Quarks son unas de las partículas más pequeñas que se han descubierto y, junto a los electrones, forman toda la materia que se conoce. De hecho, sino fuera por estas pequeñísimas cosas el Universo sería muy diferente.
Pero vamos por pasos, primero tenemos que ver que lugar ocupan los Quarks en nuestro Universo, así como darnos una idea de que tamaño tienen. Vamos a hacer un pequeño viaje imaginario, en el que iremos revisando cosas cada vez más pequeñas, hasta alcanzar el tamaño de los Quarks.
Iniciamos nuestro viaje en un niño o joven, como cualquiera de ustedes. Si nos preguntamos de qué estamos hechos, sabremos que son múltiples órganos (corazón, cerebro, estómago, piel, etc.) los que nos conforman. A su vez, cada órgano está hecho de millones de células; que son la unidad fundamental de la vida y su tamaño es del orden de las micras: millonésimas de metro.
Ahora, cada célula está conformada por millones de moléculas. Una molécula es la parte más pequeña de una sustancia, manteniendo sus propiedades. Por ejemplo, la parte más pequeña que puede haber de agua es una molécula, ya que si la quisiéramos partir obtendríamos dos elementos (oxígeno e hidrógeno), con propiedades muy diferentes a las del agua.
Cada molécula está hecha de átomos de uno o varios elementos químicos. Átomo es un término acuñado por los antiguos griegos y significa indivisible. Nada más lejano de la verdad: los átomos están formados de tres partículas llamadas protones, neutrones y electrones. Las dos primeras se encuentran en un pequeño núcleo central, mientras que las terceras giran alrededor de ellas. Cabe destacar que los átomos son muy, muy pequeñas; con un tamaño de alrededor de la billonésima parte de un metro, esto es, la millonésima parte de la millonésima parte de un metro. Por ende queda claro que las partículas que lo forman son aún más pequeñas.
Los electrones, hasta donde sabemos, son partículas fundamentales; no pueden ser divididos. En cambio, los protones y neutrones están formados de 3 Quarks cada uno, aunque de cualquier modo es muy difícil dividirlos. Existen dos tipos de Quarks: “arriba” y “abajo”. Un protón está hecho de dos Quarks “arriba” y uno “abajo”, mientras que el neutrón tiene dos “abajo” y uno “arriba”. Los Quarks, como los electrones, son tan chiquitos que no sabemos lo chiquitos que son. Esto se debe a que son tan pequeños que nuestra tecnología no puede determinar su tamaño, sólo sabemos que miden menos que la millonésima parte de la billonésima parte de un metro.
Ya habíamos dicho que los Quarks siempre andan de 3 en 3, formando a los protones y neutrones, esto se debe a una interacción entre ellos que se conoce como “fuerte”. Se le llama así por que es la fuerza más grande de la naturaleza. Mucho mayor que la gravedad, la electromagnética y la débil.
La interacción fuerte cuenta con la curiosidad de que entre más separamos los Quarks, más intensa es. Opuesto a lo que pasa con la gravedad o el electromagnetismo: entre más separamos entre sí dos imanes, menor será la fuerza que uno ejercerá sobre el otro.
En el caso de nuestro juego, los globos cumplen el rol de la interacción fuerte: uniendo a los Quarks y evitando que se separen. Cuando estiramos demasiado las canicas el globo se rompe y quedan separadas, liberando energía a través de la rotura del globo. Con los Quarks pasará lo mismo, sólo que se necesita muchísima energía para separarlos y de hecho nunca se ha hecho, lo que resulta bueno considerando que el rompimiento de los enlaces entre Quarks liberaría mucha más energía que una bomba atómica.

Diseño:

Grupo Quark, Miguel García.